комплекс дисциплины - Автоматизированная информационная

$$$UMKD_LANG$RU
$$$UMKD_NAME$Название ЭУМКД
$$$UMKD_AVTORS$Автор(-ы) ЭУМКД
$$$UMKD_YEAR$2012
@@@
###000-001#
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ШАКАРИМА
ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Биохимия
перерабатывающих производств»
наименование
для специальности «5В072800» – «Технология перерабатывающих производств»
шифр
наименование
Составитель:
Нургазезова Алмагуль Нургазезовна, к.т.н., старший преподаватель
Ф.И.О., должность
Семей
2012
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 2 из 103
&&&
###000-002#Содержание
Рабочая программа
Глоссарий
Конспект лекций
Практические и семинарские занятия
Лабораторный практикум
Материалы к курсовой работе (проекту), если предусмотрено по учебному
плану
7. Блок контроля знаний
1.
2.
3.
4.
5.
6.
&&&
###000-003#Сведения об авторах ЭУМКД
Сведения об авторах ЭУМКД
Нургазезова Алмагуль Нургазезовна
Ученая степень: Кандидат технических наук
Ученое звание: Должность: Старший преподаватель кафедры «Технология мясных,
молочных и пищевых продуктов»
Специализация: Технология продовольственных продуктов, технология
перерабатывающих производств
Контактные данные:
Рабочий телефон: +7 (7222)35-48-56
Электронная почта: almanya1975@mail.ru
Skype:
Общие сведения:
Имеет более 45 публикации, из них более 15 в научных журналах, более 30 тезисов и докладов в международных и республиканских научнопрактических конференциях, 1 инновационный патент. В 2010 защитил кандидатскую диссертацию по специальности 05.18.04 –
«Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств» на тему «Совершенствование технологии деликатесных
мясных продуктов с использованием баранины в шкуре»и получил утверждение в ККСОН МОН РК.
&&&
###002-000#2 Рабочая программа
1. Область применения
2. Нормативные ссылки
3. Общие положения
4. Литература и ресурсы
5. Содержание дисциплины, модульное разбиение дисциплины
6. Перечень тем и содержание СРС
7. Методические рекомендации по изучению дисциплины
8. Формат курса
9. Политика курса
10. Политика выставления оценок
11. Контроль знаний студентов
12. Календарный график учебного процесса и дистанционных консультаций
&&&
###002-001#2.1 Область применения
Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия перерабатывающих
производств» предназначен для студентов специальности «5В072800» – «Технология перерабатывающих
производств», обучающихся по дистанционным образовательным технологиям (ДОТ). Он знакомит студентов
с содержанием курса, его актуальностью и необходимостью, политикой курса, с теми навыками и умениями,
которые студенты приобретут в процессе обучения. ЭУМКД является основным руководством при изучении
дисциплины по ДОТ.
&&&
###002-002#2.2 Нормативные ссылки
Настоящий электронный учебно-методический комплекс дисциплины
(ЭУМКД) «Биохимия перерабатывающих производств» разработан и
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Стр. 3 из 103
устанавливает порядок организации учебного процесса по данной дисциплине с
использованием ДОТ в соответствии с требованиями и рекомендациями
следующих документов:
Государственный общеобязательный стандарт образования специальности
«5В072800» – «Технология перерабатывающих производств», ГОСО РК
3.08.354-2006, утвержден и введен в действие Приказом Министерства
образования и науки Республики Казахстан от 01.09.2006 года, № 671.
Положение об электронном учебно-методическом комплексе дисциплины
СГУ им. Шакарима.
&&&
###002-003#2.3 Общие положения

Фамилия, имя, отчество преподавателя – Нургазезова Алмагуль
Нургазезовна, кандидат технических наук, ст.преподаватель.
 Кафедра – «Технология мясных, молочных и пищевых продуктов»;
 Контактная информация – тел: 35-48-56, учебный корпус № 9, кабинет
№ 216; e-mail: almanya1975@mail.ru
 Место проведения контактных занятий – аудитория № 206;
 Название дисциплины – «Биохимия перерабатывающих производств»;
 Количество кредитов – 2;
Выписка из рабочего учебного плана
Курс
1
Семестр
2
Кредиты
2
Аудиторная работа
АЗ (час)
ДК (час)
15
По
графику
СРС
(час)
Всего
(час)
45
60
Таблица 1
Форма
итогового
контроля
экзамен
2.3.1 Краткое описание содержания дисциплины.
Основные проблемы и направления вопросов биохимии на современном этапе
развития технологии перерабатывающих производств. Организация и функции
технологического контроля на зерноперерабатывающих предприятиях.
Организация и функции производственно - технологических лабораторий.
Оценка мукомольных и хлебопекарных свойств, биохимии зерна. Контроль
технологической эффективности процесса подготовки зерна к помолу.
Производственный и лабораторный контроль. Прием, размещение сырья и
наблюдение за его хранением. Составление
перерабатываемой смеси.
Особенности расчета состава, выхода готовой продукции. Контроль
технологического процесса производства крупы.
Контроль качества крупы. Наблюдение за хранением. Отпуск и отгрузка
крупы потребителям.
2.3.2 Целью данного курса является получение студентами и изучение
организационных и практических вопросов деятельности производственно технологических лабораторий (ПТЛ) зерноперерабатывающих предприятий,
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 4 из 103
проблем повышения качества готовой продукции мельниц, крупозаводов и
комбикормовых заводов.
2.3.3 Основная задача изучения дисциплины - приобретение опыта
проведения испытаний по определению показателей качества зерна, муки,
крупы, комбикормов, кондитерских изделий, хлеба, крахмала, дрожжей;
изучение связи между качеством исходного сырья и готовой продукции;
осуществление
технологического
контроля
производства
зерноперерабатывающих
предприятий;
разработка
технологической
документации по соблюдению технологической дисциплины в условиях
действующего производства.
2.3.4 В результате изучения дисциплины студент должен:

знать химические, физико-химические, биохимические,
микробиологические и коллоидные процессы, протекающие в
перерабатывающих производствах
 владеть методами проведения стандартных испытаний по определению
показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции; методами
осуществления технологического контроля, разработки и технической
документации по соблюдению технологической дисциплины в условиях
действующего производства; методами определения оптимальных и
рациональных технологических режимов работы оборудования;

усвоить
технохимический
контроль
сырьевых
компонентов,
технологических процессов и готовой продукции;
уметь использовать методы и средства теоретического и экспериментального
исследования технологических процессов и получаемых продуктов;
 понимать сущность физико-химических и биохимических процессов,
происходящих при хранении зерна и зерновых культур;
 иметь представление использования методов исследований и приборов для
проведения исследований;
 приобрести практические навыки и опыт их дальнейшего использования в
перерабатывающей промышленности.
2.3.5 Пререквизиты курса:
Зерноведение, специальные технологии перерабатывающих производств,
основы физиологии, гигианы и санитарии питания.
2.3.6 Постреквизиты курса:
Технохимический контроль перерабатывающих производств с основами
менеджмента качества, общая технология перерабатывающих производств,
теоритические основы перерабатывающих производств.
&&&
###002-004#2.4 Литература и ресурсы
2.4.1 Основная литература и ресурсы
2.4.1.1 Рогожин В.В. Биохимия животных.-СПб.: ГИОРД, 2009.-552
2.4.1.2. Рогожин В.В. Биохимия молока и мяса.-СПб.: ГИОРД, 2012.-456
2.4.1.3. Рогожин В.В. Биохимия растений.-СПб.: ГИОРД, 2012.-432
2.4.1.4. Новиков Н.Н. Биохимия растений. – М.: КолосС, 2010, – 679
с.
с.
с.
с.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 5 из 103
2.4.1.5. Жарова Т.В. Биохимия мяса и молока. – М.: Изд. РГАУ – МСХА имени
К.А.Тимирязева, 2005, – 283 с.
2.4.2 Дополнительная литература и ресурсы
2.4.2.1. Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов.-СПб.: ГИОРД,
2006.-320 с.
2.4.2.2. Рогожин В.В. Биохимия мышц и мяса.-СПб.: ГИОРД, 2006.-240 с.
2.4.2.3. Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Практикум по биохимии молока и
молочных продуктов.-СПб.: ГИОРД, 2008.-224 с.
2.4.2.4. Рогожин В.В. Практикум по биологической химии.-СПб.: Из-во «Лань»,
2006.-256 с.
2.4.2.5. Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина,
2002, – 528 с.
2.4.2.6. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. – М.: Мир, 1986, – 422 с.
2.4.2.7. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика. – М.:
Мир, 1991, – 453 с.
2.4.2.8. Запромётов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растений. –
М.: Наука, 1996, – 45 с.
2.4.2.9. Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. Биохимия зерна и хлебопродуктов. –
СПб.: Гиорд, 2005, – 510 с.
2.4.2.10. Кислухина О.В. Витаминные комплексы из растительного сырья. – М.:
ДеЛи принт, 2004, – 308 с.
&&&
###002-005#2.5 Содержание дисциплины, модульное разбиение дисциплины
Содержание дисциплины по модулям
Наименование
модуля
1
Модуль 1
Наименование темы
Содержание
2
3
Лекция 1
Витамины
1. Общая
характеристика
2. Классификация
витаминов
Таблица 2
Литература
8
2.4.1.1
2.4.2.6.
2.4.2.10.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
Лекция 2
1. Основные понятия 2.4.1.5.
2.Строение
2.4.2.1.
Ферменты
ферментов
2.4.2.2.
3. Механизм
действия и свойства
ферментов,
классификация
Лекция 3 Общая 1. Понятие
об 2.4.2.3.
обмене веществ
2.4.2.9.
характеристика
2.4.1.2.
обмена веществ и 2. Обмен энергии
2.4.2.4.
энергии.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 6 из 103
Лекция 4 Основы 1. Биоэнергетика
2. Структурная
биоэнергетики.
организация
митохондрии
3. Окисление,
сопряженное с
фосфорилированием
4. Энергетический
эффект распада
улеводов и
триглицеринов
Лекция 5 Обмен 1. Катаболизм
углеводов
углеводов.
2. Распад глюкозы
3 Биосинтез
углеводов
Модуль 2
Лекция 6.
липидов
2.4.1.1
2.4.1.4.
2.4.2.6.
2.4.2.5.
2.4.2.7.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
2.4.1.5.
2.4.2.10.
Обмен 1. Катобализм
2.4.1.1
липидов
2.4.2.6.
2. Биосинтез липидов 2.4.2.10.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
Лекция 7 Обмен 1. Распад белков
2.4.1.5.
2. Метаболизм
2.4.2.1.
белков.
аминокислот
2.4.2.2.
3. Пути связывания
аммиака
4. Биосинтез белка
Лекция 8 Обмен 1. Общие понятия
2.4.2.3.
2. Нарушение
2.4.2.9.
нуклеиновых
пуринового обмена 2.4.1.2.
кислот
3. Взаимосвязь
2.4.2.4.
обменов веществ
связь между
обменом углеводов,
жиров и белков
Лекция 9
1.Общие понятия
2.4.1.1
2.Сфера
2.4.1.4.
Использование
использования
2.4.2.6.
побочных
2.4.2.5.
продуктов
2.4.2.7.
сельского
хозяйства и
пищевых
производств
Лекция 10
1.Спиртовое
2.4.1.3.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Модуль 3
Биохимические
процессы,
вызываемые
микроорганизмами
в пищевых
продуктах.
Лекция
11
Разложение жира и
жирных
кислот.
Разрушение.
Гниение.
Возбудители,
условия.
Лекция 12
Значение в
процессах порчи
пищевых
продуктов
Лекция 13
Биологическая
ценность белков
Лекция 14
Побочные
пищевые
производства
Лабораторные
занятия
Редакция №
Лекция 15
Биохимические
основы
рационального
питания
Лабораторные
занятие 1
Лабораторные
занятие 2
Лабораторные
Стр. 7 из 103
брожение
2.Пропионовокислое брожение
2.4.2.8.
2.4.1.5.
2.4.2.10.
1.Введение
2. Гниение.
Возбудители.
Условия, химизм.
Практическое
значение
2.4.1.1
2.4.2.6.
2.4.2.10.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
1. Понятие о
процессах порчи
пищевых продуктов
2. Гидролитические
процессы в
продуктах.
1. Азотистый баланс
2. Полноценность
белкового питания
3. Питательная
ценность
1.Общие понятия
2.Использование в
технологии
2.4.1.5.
2.4.2.1.
2.4.2.2.
1. Основы
биохимии
2. Исследование в
сфере питания
Определение
активности
каталазы
2.4.2.3.
2.4.2.9.
2.4.1.2.
2.4.2.4.
2.4.1.1
2.4.1.4.
2.4.2.6.
2.4.2.5.
2.4.2.7.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
2.4.1.5.
2.4.2.10.
2.4.1.1
2.4.2.6.
2.4.2.10.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
Колориметрический 2.4.1.5.
метод определения 2.4.2.1.
активности α- и β2.4.2.2.
амилазы
Определение
2.4.2.3.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
занятие 3
Лабораторные
занятие 4
Лабораторные
занятие 5
Лабораторные
занятие 6
Лабораторные
занятие 7
Лабораторные
занятие 8
Лабораторные
занятие 9
Лабораторные
занятие 10
Лабораторные
занятие 11
Лабораторные
занятие 12
Лабораторные
занятие 13
Редакция №
Стр. 8 из 103
активности
солодовых
амилаз.
Выделение и анализ
простых белков
Определение
содержания общего
и белкового азота
по методу
Кьельдаля
Определение
количества и
качества сырой
клейковины зерна
пшеницы
Определение
сырого жира в
аппарате Сокслета
Определение
кислотности зерна
2.4.2.9.
2.4.1.2.
2.4.2.4.
2.4.1.1
2.4.1.4.
2.4.2.6.
2.4.2.5.
2.4.2.7.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
2.4.1.5.
2.4.2.10.
2.4.1.1
2.4.2.6.
2.4.2.10.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
2.4.1.5.
2.4.2.1.
2.4.2.2.
2.4.2.3.
2.4.2.9.
2.4.1.2.
2.4.2.4.
Определение
2.4.1.1
кислотности пива
2.4.1.4.
2.4.2.6.
2.4.2.5.
2.4.2.7.
Определение
2.4.1.3.
восстанавливающих 2.4.2.8.
сахаров по методу 2.4.1.5.
Бертрана
2.4.2.10.
Определение
2.4.1.1
содержания
2.4.2.6.
крахмала
2.4.2.10.
2.4.1.3.
2.4.2.8.
Определение
2.4.1.5.
содержания
2.4.2.1.
клетчатки
2.4.2.2.
Колобковая
2.4.2.3.
выпечка
для 2.4.2.9.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Лабораторные
занятие 14
Лабораторные
занятие 15
Редакция №
Стр. 9 из 103
распознования муки 2.4.1.2.
из
проросшего 2.4.2.4.
зерна
(по
Козьминой
и
Попцовой)
Пробная выпечка
2.4.1.1
2.4.1.4.
2.4.2.6.
2.4.2.5.
2.4.2.7.
Изучение влияния 2.4.1.3.
улучшителей,
а 2.4.2.8.
также
различных 2.4.1.5.
пищевых добавок 2.4.2.10.
на выход и качество
кондитерских
изделий (УИРС)
&&&
###002-006#2.6 Перечень тем и содержание СРС
Перечень тем и содержание СРС
№
Тема СРС
п/п
1
2
1 Химический
состав зерна
злаковых
культур.
2 Распределение
химических
веществ в
различных
частях зерновки.
3 Состав и
биологическая
ценность белков
зерна.
4 Химический
состав и
качество
клейковины
пшеницы.
5 Влияние
клейковинных
белков на
Таблица 3
Содержание СРС
Срок сдачи Назначаемые
(неделя)
баллы
3
4
5
1. Характеристика свойств
2
2. Основные показатели
3. Виды зерновых масс
1. Требования к уборке
урожая
2. Виды уборки
4
1. Понятия
2. Основные требования
3. Виды сыпучести
6
1. Общая характеристика
зерна
2. Общая характеристика
зерновых культур
8
1. Виды зерна
2. Виды зерновых культур
10
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
6
7
свойства
клейковины.
Характеристика
по количеству и
качеству
клейковины
сильной,
средней и
слабой
пшеницы.
Пигменты,
содержащиеся в
оболочках зерна
и эндосперме.
Редакция №
Стр. 10 из 103
1. Определение примесей
2. Основные требования
на содержание примесей
12
1.
Основные свойства
зерна
2.
Определение свойств
14
&&&
###002-007#2.7 Методические рекомендации по изучению дисциплины
Методические рекомендации по изучению дисциплины должны быть
составлены таким образом, чтобы магистрант, ознакомившись с ними, мог
оптимальным образом организовать процессе освоения данной дисциплины.
При разработке рекомендации необходимо исходить из того, что часть курса
может изучаться магистрантами самостоятельно. Методические рекомендации
могут включать:
- советы по планированию и организации времени, необходимого на
изучение дисциплины
- описание последовательность действий магистранта или сценарий
изучения дисциплины
- рекомендация по использованию материалов УМК
- рекомендации по работе с литературой
- советы по подготовке к экзамену (зачету)
Изучение дисциплины «Биохимия перерабатывающих производств»
включает – лекции, самостоятельную работу студентов в аудитории под
контролем преподавателя. Наиболее важной формой является лекция, которая;
освещает важные и трудно-усвояемые разделы дисциплины; определяет
лабораторный практикум, методику выполнения конкретных экспериментов и
обоснованные выводы по их результатам. Наиболее доступный материал по
сложности
и
учебно-методическому,
литературному
обеспечению
прорабатывается в виде СРС. СРС являются повседневной и обязательной,
выполняются по конкретным заданиям и находятся под постоянным контролем
преподавателя.
&&&
###002-008#2.8 Формат курса
Изучение дисциплины «Биохимия перерабатывающих производств»
включает пять взаимосвязанные формы: лекции, лабораторные работы,
практические работы, самостоятельную работу студента в аудитории под
контролем преподавателя самостоятельную работу студента (СРС).
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 11 из 103
Наиболее важной формой является лекция, которая освещает важные и
трудно усвояемые разделы дисциплины; затем лабораторный практикум,
методику выполнения конкретных экспериментов и обоснованные
выводы по их результатам. Наиболее доступный материал по сложности
и учебно-методическому, литературному обеспечению прорабатывается в
виде СРС. Особое значение имеет лабораторный практикум (~ 50 % всего
учебного времени). Выполнение лабораторных работ позволяет
визуально наблюдать и закрепить теоретический материал, развивать и
совершенствовать навыки учебного и научно-исследовательского
экспериментирования, логическое мышление и обоснованные выводы.
СРС является повседневной и обязательной, выполняются
по
конкретным заданиям и находятся под постоянным контролем
преподавателя. Занятия и консультации будут проводится групповые.
&&&
###002-009#2.9 Политика курса
не пропускать занятия без уважительных причин, в случае болезни
представить медицинскую справку;
- пропущенные занятия отрабатывать в назначенное преподавателем
время, в случае не выполнения заданий итоговая оценка снижается;
- активно участвовать в учебном процессе, проявляя творческий подход
к изучаемым материалам;
- своевременно и самостоятельно выполнять задания по СРС;
- быть пунктуальным, дисциплинированным, исполнительным;
- не посещать занятия в спортивной форме;
- в университете быть дисциплинированным (не курить, не употреблять
спиртных напитков, не жевать жевательную резинку, не щелкать
семечки);
- при общении с преподавателем и сокурсниками быть воспитанным и
доброжелательным.
&&&
###002-010#2.10 Политика выставления оценок
Каждый студент для получения положительного рейтинга по дисциплине
должен набрать определенное количество баллов. Максимальное количество
баллов:
по итогам 1-рейтинга с 1 по 8 недели включительно – 300 баллов,
по итогам 2-рейтинга с 9 по 15 неделю включительно – 300 баллов.
Итого за семестр по дисциплине максимальное количество баллов – 600.
Баллы выставляются за следующие виды работ:
1. За выполнение заданий по модулям (за 1 и 3 модуль по максимум 150 баллов,
за 2-модуль – максимум 120 баллов)
2. За участие и активность на он-лайн семинаре ( за участие – 20 баллов, за
активность максимум 100 баллов)
3. За выполнение рубежных тестов (максимально по 30 баллов)
Курсовая работа оценивается отдельно.
Разбалловка по дисциплине представлена ниже в таблице 5.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 12 из 103
Контрольные сроки – конец 8-недели и конец 15-недели. Своевременно не
сданные задания и тесты можно сдать на 15-неделе, но если студент не успевал
по неуважительной причине, баллы будут выставляться со штрафными
санкциями, 60% от выставленнных преподавателем баллов.
&&&
###002-011#2.11 Контроль знаний студента
Контроль знаний студента по дисциплине осуществляется в форме:
 текущего контроля (проводится окончании каждого модуля)
 рубежного контроля в виде тестирования (8 и 15 недели)
 итогового контроля – (проводится один раз в конце семестра (экзамен и
защита курсовой работы (проекта), в соответствии с ГОСО специальности).
Студент, допускается к итоговому контролю по дисциплине, если за
семестр его суммарный рейтинговый балл больше или равен 50%. Итоговый
балл рассчитывается по результатам 1 и 2 рейтингов и экзамена. Удельный вес
указанных форм контроля
составляет сумму: 30% от результатов 1рейтинга+30% от результатов 2-рейтинга студента+ 40% от результатов
экзамена по дисциплине.
Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (Таблица 4).
Шкала оценок в буквенном эквиваленте, в баллах и процентах
Таблица 4
Оценка по
Цифрой
Процентное
Оценка по
буквенной эквивалент баллов
содержание
традиционной системе
системе
А
4,0
95 – 100
Отлично
А–
3,67
90 – 94
В+
3,33
85 – 89
Хорошо
В
3,0
80 – 84
В–
2,67
75 – 79
С+
2,33
70 – 74
С
2,0
65 – 69
Удовлетворительно
С–
1,67
60 – 64
D+
1.33
55 – 59
D
1,0
50 – 54
F
0
0 – 49
Неудовлетворительно
I
NA
Незаконченный
P
прошел
Прошел дисциплину
&&&
###002-012#2.12 Календарный график учебного процесса и дистанционных консультаций
№
п/п
Календарный график учебного процесса и дистанционных консультаций
по дисциплине «Биохимия перерабатывающих производств»
Таблица 5
Недели
1
2
3
4
5
6
7
8
Итого
1-
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
1 Вид контроля
2 Баллы
3 Консультации
№
Недели
п/п
Стр. 13 из 103
рейтинг
300
баллов
РК1
30
OF OL
OF
OF
9
10
15
Итого
2рейтинг
1 Вид контроля
ЗМ2 ОС
ЗМ3 РК2
300
2 Баллы
120 120
150 30 баллов
3 Консультации
OL OL OF OF OL OF OF
Обозначения: ЗМ-задание по модулю; ОС-он-лайн семинар; РК-рубежный
контроль; OL- он-лайн консультация; OF-офф-лайн консультация
недели
лекции
лабораторные
занятия, баллы
срс, баллы
итого, баллы
всего, баллы
ЗМ1
150
OL OF OF OL
11 12 13 14
1
н
15
15
2
н
15
15
3н
4н
5н
6н
7н
8н
9н
10н
11н
12н
13н
14н
15н
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
20
25
20
25
15
15
15
15
30
30
30
30
60
150
30
30
30
60
120
30
30
300
30
30
30
60
120
45
45
30
60
150
&&&
$$$002-000-000$3.2 Лекции
&&&
Витамины.
1. Общая характеристика
2. Классификация витаминов
$$$002-001-000$3.2.1 Лекция №1.
&&&
Общая характеристика
Витамины — это группа разнообразных по структуре органических
веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма, синтез
которых в организме отсутствует или ограничен.
Источником витаминов для человека служит пища и кишечные бактерии.
Последние сами синтезируют многие витамины и являются важным
источником их поступления в организм.
Классификация витаминов. По растворимости в воде и жировых
растворителях витамины делят на две группы: водорастворимые и
жирорастворимые. Для каждого витамина существует буквенное обозначение,
химическое и физиологическое название.
Отдельные витамины представляют группу близких по химической
структуре соединений. Варианты одного и того же витамина называют
витамерами. Они обладают специфическим действием, но отличаются по
силе биологического эффекта. Некоторые витамины поступают в организм
$$$002-001-001$3.2.1.1
30
30
300
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 14 из 103
с пищей в виде неактивных предшественников — провитаминов, которые в
тканях превращаются в биологически активные формы витаминов.
Нарушение баланса витаминов в организме проявляется как в виде
недостатка, так и избытка. Частичный недостаток витамина называется
гиповитаминозом, полное отсутствие какого-либо витамина — авитаминозом.
Избыточное
накопление
в
тканях
витамина
(или
витаминов),
сопровождающееся клиническими и биохимическими признаками нарушений,
называется гипервита-минозом. Это явление характерно для жирорастворимых
витаминов.
&&&
$$$002-001-002$3.2.1.2
Классификация витаминов
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Витамин В 1 (тиамин). По химическому строению тиамин представляет
собой сложное соединение, включающее пиримиди-новое и тиазольное
кольца.
В организме витамин В1, находится в форме пирофосфорного эфира —
тиаминдифосфата. Он является коферментом декарбоксилаз, катализирующих
декарбоксилирование кетокислот. Около 50% всего тиамина организма
содержится в мышцах, 40% — во внутренних органах, преимущественно в
печени.
При недостатке тиамина нарушается нормальное превращение углеводов,
наблюдается повышенное накопление в организме кетокислот.
Нарушения со стороны нервной системы проявляется постепенным
снижением
периферической
чувствительности,
утратой
некоторых
периферических рефлексов, сильными болями по ходу нервов, судорогами,
расстройством высшей нервной деятельности.
Витамин В2 (рибофлавин) обнаружен во всех тканях и органах организма
человека. Он встречается как в свободном виде, так и в соединении с белком,
является коферментом дегидрогеназ, ускоряющих реакции окисления
янтарной кислоты, жирных кислот, переноса электронов и протонов в
дыхательной цепи и т. д.
Недостаточность витамина В2 проявляется в снижении содержания
коферментных форм его в тканях, прежде всего флавинмоно-нуклеотида
(ФМН). Гиповитаминоз В 2 клинически проявляется сухостью слизистых
оболочек губ, трещинами в углах рта и на губах повышенным шелушением кожи,
конъюктивитами, светобоязнью.
Витамин В3 (пантотеновая кислота) входит в состав коэнзима А (КоА) —
кофермента ряда ферментов, катализирующих превращение ацилов.
При недостатке витамина В3 в организме человека поражаются кожные
покровы и слизистые оболочки внутренних органов, наблюдаются
дегенеративные изменения ряда органов и тканей (особенно желез внутренней
секреции), потеря волосяного покрова, депигментация волос и другие
патологические явления.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 15 из 103
Витамин В5 (никотиновая кислота, никотинамид), в отличие от других
витаминов, в небольшом количестве синтезируется в организме из
аминокислоты триптофана.
Витамеры витамина В5 — никотиновая кислота и никотинамид —
обладают разной биологической активностью: никотиновая кислота является
провитамином, а никотинамид обладает антипелларгическим действием,
предохраняет от заболевания пеллагрой и излечивает уже возникшее
заболевание.
Коферментные формы витамина В5 — никотинамидаденинди-нуклеотид
(НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) — определяют
биохимические функции витамина В 5 в организме, среди которых главные:
• Перенос водорода в окислительно-восстановительных реакциях.
•
Участие в синтезе органических соединений.
Источником витамина В5 являются мясные, особенно богата ими печень,
и многие растительные продукты.
Витамин В6 (пиридоксин) представляет собой сочетание трех витамеров:
пиридоксола, пиридоксаля и пиридоксамина.
В тканях организма основной коферментной формой витамищ В6 является
пиридоксальфосфат, он входит в состав декарбоксилаз аминокислот и
аминотрансфераз.
Недостаточность в пище витамина В6 приводит к нарушениям белкового
обмена, т. к. реакции переаминирования аминокислот с кетокислотами
обеспечивают организм свободными аминокислотами, необходимыми для
биосинтеза различных белков.
Витамин В12 (цианокобаламин). Химическая структура витамин В12 очень
сложна; в составе этого витамина присутствует атом Со.
Витамин В12 в природе существует в нескольких формах, некоторые из них
являются коферментами. Кобамидные ферменты ускоряют важнейшие реакции
углеводного, липидного и азотистого обменов.
Недостаток витамина В12 приводит к нарушению кроветворения в костном
мозге, вследствие чего возникает анемия, поэтому витамин В12, называют
антианемическим.
Растения не содержат витамина В12. Его источником для человека являются
мясо, молоко, яйца.
Витамин С (аскорбиновая кислота). Аскорбиновую кислоту можно
рассматривать как производное углевода L-гулозы. Она является донором
водорода в окислительно-восстановительных реакциях, следовательно,
существует в двух формах - окисленной и восстановленной.
Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к заболеванию,
называемому цингой. Это заболевание выражается в повышении проницаемости
и хрупкости кровеносных сосудов, что приводит к подкожным кровоизлияниям.
При недостатке витамина С снижается возможность использования запасов
железа для синтеза гемоглобина в клетках костного мозга, что приводит к
развитию анемии. На основе возникших биохимических нарушений
развиваются внешние признаки проявления цинги: расшатывание и выпадение
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 16 из 103
зубов, кровоточивость десен, отеки и боли в суставах, бледность (анемичность)
кожных покровов, поражение костей.
Витамин Н (биотин).
Витамин Н в качестве кофермента входит в состав ферментов,
ускоряющих реакции карбоксилирования. При недостатке этого витамина
у человека наблюдается ряд патологических изменений: воспаление кожных
покровов, выпадение волос, усиление выделения жира сальными железами
кожи (себоррея). Предотвращение себорреи послужило основанием для
названия биотина антисеборрейным витамином.
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Витамин А (ретинол)
Признаком недостаточности витамина А является нарушение темновой
адаптации и ночная слепота. Кроме того, возможна задержка роста в молодом
возрасте, помутнение и размягчение
роговицы.
Витамин D (кальциферол).
Витамин D регулирует транспорт ионов кальция и фосфора через
клеточные мембраны. Недостаточность витамина D проявляется в виде
заболевания, называемого рахитом. При рахите торможено всасывание ионов
кальция и фосфатов в кишечнике. Вследствие этого их уровень в крови
снижается и нарушает минерализация костей, т. е. отложения минеральных
веществ вновь образовавшуюся коллагеновую матрицу растущих костей
происходит. У страдающих рахитом наблюдается деформация костей
конечностей, черепа и грудной клетки.
Относительная недостаточность витамина D возможна и нормальном его
поступлении в организм. Она проявляется при заболеваниях печени и
особенно почек, так как эти органы принимают участие в образовании
активных форм витамина D.
Витамин Е (токоферол). Название витамина Е происходит от греческих
слов токос — потомство и феро — несу, что указывает на участие этого
вещества в регуляции процесса размножения.
Витамин К (филлохинон)
Витамин К регулирует в организме процесс свертывания крови,
способствует синтезу компонентов свертывающейся системы крови.
Витамин Q (убихинон)
Убихиноны
являются
коферментами
оксидоредуктаз,
который
катализируют процессы переноса атомов водорода и электронов. В связи с этим
убихиноны могут находиться в двух формах — окисленной и восстановленной.
Источником витамина Q являются ткани как животных, так и растений.
Особенно богаты им сердечная мышца и печень.
&&&
$$$002-001-100$Лекция №1 Вопросы для самоконтроля
1. Какие соединения называются витаминами?
2. Что такое витамеры? Приведите примеры витаминов, сущеествующих в
виде нескольких витамеров.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 17 из 103
3. К каким нарушениям функционирования скелетных мышц приводит
недостаток витамина В 1?
4.Какие продукты питания являются источником витамина В2
5.Напишите структурные формулы витамеров витамина В 2?
6.Какой из витамеров обладает наибольшей биологической активностью?
7.В каких процессах участвует аскорбиновая кислота?
8. Каковы последствия избыточного потребления витамин;
&&&
$$$002-002-000$3.2.2 Лекция №2.
Ферменты.
1. Основные понятия
2.Строение ферментов
3. Механизм действия и свойства ферментов, классификация
&&&
Основные понятия
Ферменты — биологические катализаторы белковой природы. Термин
фермент (от лат. fermentum — закваска) был предложен в начале XVII в.
голландским ученым Ван Гельмонтом для веществ, влияющих на спиртовое
брожение.
Роль ферментов в жизнедеятельности всех живых организму огромна. И.П.
Павлов писал: «Ферменты есть, так сказать, первый акт жизненной
деятельности. Все химические процессы направляются в теле именно этими
веществами, они есть возбудители всех химических превращений. Все эти
вещества играют огромную роль они обусловливают собою те процессы,
благодаря которым про является жизнь, они и есть в полном смысле
возбудители жизни».
Раздел биохимии, изучающий биологические катализаторы белковой
природы, называется энзимологией.
Ферменты и катализаторы неорганической природы, подчиняясь общим
законам катализа, имеют сходные признаки:
• катализируют только энергетически возможные реакции;
• не изменяют направление реакции;
• не расходуются в процессе реакции;
• не участвуют в образовании продуктов реакции.
Однако ферменты по ряду признаков отличаются от катализаторов
неорганической природы. Главное отличие заключается в их химической
природе, так как ферменты — белки.
В отличие от катализаторов неорганической природы ферменты «работают»
в «мягких» условиях: при атмосферном давлении, при температуре 30—40°С, при
значении рН-среды близком к нейтральному. Скорость ферментативного катализа
намного выше, чем небиологического. Единственная молекула фермента может
катализировать от тысячи до миллиона молекул субстрата за 1 минуту. Такая
скорость недостижима для катализаторов неорганической природы.
Ферменты обладают высокой специфичностью по отношению к субстрату;
каждый фермент катализирует единственную реакцию либо группу реакций
одного типа.
$$$002-002-001$3.2.2.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 18 из 103
Ферменты являются катализаторами с регулируемой активностью, чего
нельзя сказать о катализаторах иной природы. Это уникальное свойство
ферментов позволяет изменять скорость превращения веществ в организме в
зависимости от условий среды, г. е. приспосабливаться к действию различных
факторов.
Существенным отличием ферментативных процессов является гот факт,
что ферментативный процесс можно представить в виде цепи простых
химических превращений вещества, четко запрограммированных во времени и
в пространстве.
&&&
Строение ферментов
По строению ферменты делятся на простые (однокомпонентные) и
сложные (двухкомпонентные). Простой фермент состоит только из белковой
части; в состав сложного фермента входит белковая и небелковая
составляющие. Иначе сложный фермент называют холоферментом. Белковую
часть в его составе называют апоферментом, а небелковую — коферментом.
Химическая природа коферментов была выяснена в 30-е гг. Оказалось, что роль
некоторых коферментов играют витамины или вещества, построенные с участием
витаминов В1, В2, В5, В6, В]2, Н, Q и др. Особенностью сложных ферментов
является то, что отдельно апофермент и кофермент не обладают
каталитической активностью.
В составе как простого, так и сложного фермента, выделяют субстратный,
аллостерический и каталитический центры.
Каталитический центр простого фермента представляет собой уникальное
сочетание нескольких аминокислотных остатков, расположенных на разных
участках полипептидной цепи. Образование каталитического центра происходит
одновременно с формированием третичной структуры белковой молекулы
фермента. Чаще всего в состав каталитического центра простого фермента
входят остатки серина, цистеина, тирозина, гистидина, аргинина,
аспарагиновой и глутаминовой кислот.
Субстратный центр простого фермента — это участок белковой молекулы
фермента, который отвечает за связывание субстрат Субстратный центр образно
называют «якорной площадкой», где субстрат прикрепляется к ферменту за счет
различных взаимодействий между определенными боковыми радикалами
аминокислотных остатков и соответствующими группами молекулы cyбстрата.
Субстрат с ферментом связывается посредством ионных взаимодействий,
водородных связей; иногда субстрат и фермент связываются ковалентно.
Гидрофобные взаимодействия также играют определенную роль при
связывании субстрата с ферментом. В простых ферментах субстратный центр
может совпадать с каталитическим; тогда говорят об активном центре
фермента.
Аллостерический центр представляет собой участок молекулы фер-мента, в
результате присоединения к которому какого-то низкомолекулярного вещества
изменяется третичная структура белковой молекулы фермента, что влечет за
$$$002-002-002$3.2.2.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 19 из 103
собой изменение его активности. Аллостерический центр является регуляторным
центром фермента.
В сложных ферментах роль каталитического центра выполняет кофермент,
который связывается с апоферментом в определенном участке — кофермент
связывающем домене. Понятия субстратного и аллостерического центров для
сложного фермента и для простого аналогичны.
&&&
Механизм действия и свойства ферментов, классификация
Механизм действия простого и сложного ферментов одинаков, так как
активные центры в их молекулах выполняют сходные функции.
В 1913 г. Л. Михэлис и М. Ментэн подтвердили и развили представления
о механизме действия ферментов, который можно представить в виде схемы:
Е +S = (E S) , = (E S) = (E P) – E+P,
где Е – фермент, S – субстрат, Р – продукт.
На первой стадии ферментативного катализа происходит образование
фермент-субстратного комплекса, где фермент и субстрат могут быть связаны
ионной, ковалентной или иной связью. Образование комплекса Е S
происходит практически мгновенно.
На второй стадии субстрат под воздействием связанного с ним фермента
видоизменяется и становится более доступным для соответствующей
химической реакции. Эта стадия определяет скорость всего процесса.
На третьей стадии происходит химическая реакция, в результате которой
образуется комплекс продукта реакции с ферментом.
Заключительным процессом является высвобождение продукта реакции
из комплекса.
$$$002-002-003$3.2.2.3
СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ
Ферменты обладают всеми свойствами белков. Однако по сравнению с
белками, выполняющими другие функции в клетке, ферменты имеют ряд
специфических, присущих только им свойств.
Зависимость активности ферментов от температуры. Температура может
влиять по-разному на активность фермента. При высоких значениях
температуры может происходить денатурация белковой части фермента, что
негативно сказывается на его активности. При определенных (оптимальных)
значениях температура может влиять на скорость образования ферментсубстратного комплекса, вызывая увеличение скорости реакции. Температура,
при которой каталитическая активность фермента максимальна, называется
температурным оптимумом фермента.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 20 из 103
Зависимость активности фермента от рН-среды. Большинство ферментов проявляет
максимальную активность при значениях рН, близких к нейтральным. Лишь отдельные
ферменты «работают» в сильно кислой или сильно щелочной среде. Например,
активность пепсина — фермента, гидролизуюшего белки в желудке, — максимальна при
рН 1,5—2,5.
Специфичность действия ферментов - одно из главных их свойств. Специфичность
– это избирательность фермента по отношению к субстрату (или субстратам).
Специфичность действия ферментов объясняется тем, что субстрат должен подходить к
активному центру как «ключ к замку».
По гипотезе Д. Кошланда, молекула фермента не жесткая, а гибкая, эластичная,
поэтому информация фермента и его активного центра может изменяться при
присоединении субстрата или других лигандов. В момент присоединения субстрат
«вынуждает» активный центр фермента принять соответствующую форму. Это можно
сравнить с «перчаткой» и «рукой».
Различают несколько видов специфичности.
-Стеореохимическая субстратная специфичность - фермент катализирует превращение
только одного стереоизомера субстрата.
Абсолютная
субстратная
специфичность
фермент
катали
зирует
превращение
только
одного
субстрата.
Например,
уреаза
катализирует гидролиз только мочевины.
-Групповая
субстратная
специфичность
фермент
катализиру
ет
превращение
группы
субстратов
сходной
химической
структу
ры.
Например,
алкогольдегидрогеназа
катализирует
превращение
этанола и других алифатических спиртов, но с разной скоростью.
Влияние на активность ферментов активаторов и ингибиторов. К числу факторов, повышающих
активность ферментов, относятся катионы металлов и некоторые анионы. Чаще всего
активаторами ферментов являются катионы Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+, K + и Со 2+, а из анионов — С1~.
НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Номенклатура ферментов. На первых этапах развития энзимологии названия
ферментам давали их первооткрыватели и случайным признакам (тривиальная
номенклатура). Например к тривиальным относятся названия ферментов: пепсин,
трипсин, химотрипсин. Первая попытка ввести правило для названий ферментов,
была предпринята Е. Дюкло в 1898 г. (рациональная номенклатура). Согласно
рациональной номенклатуре, простой фермент называли по названию субстрата с
добавлением окончания -аза (ДНКаза, РНКаза, амилаза, уреаза). Для названия
xoлoфермента по рациональной номенклатуре использовали название кофермента
(пиридоксальфермент, геминфермент). Позднее в названии фермента стали использовать
название субстрата и тип кА- тализируемой реакции (алкогольдегидрогеназа).
Классификация ферментов. В настоящее время известно более 2000 ферментов.
Все ферменты разделены на шесть классов, каждый из которых имеет строго
определенный номер.
1.
Оксидуредктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы.
2.
Трансферазы катализируют реакции переноса функциональных групп и
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 21 из 103
молекулярных остатков с одной молекулы на другую.
3.
Гидролазы катализируют реакции гидролиза
4.
Лиазы катализируют реакции отщепления (кроме атомов водорода) с
образованием двойной связи либо присоединения по двойной связи, а также
негидролический распад органических соединений либо синтез без участия
макроэргических веществ.
5.
Изомеразы катализируют
процессы изменения геометрической или
пространственной конфигурации молекул.
6.
Лигазы катализируют реакции синтеза, сопровождающиеся гидролизом
богатой энергией связи (как правило, АТФ).
Классы ферментов делятся на подклассы, а подклассы, в свою очередь, на
подподклассы. Подкласс уточняет действие фермента, так как указывает в общих чертах
на природу химической группы субстрата. Подподкласс еще более конкретизирует
действие фермента, уточняя природу атакуемой связи субстрата или природу акцептора,
который участвует в реакции.
Система классификации предусматривает для каждого фермента специальный
шифр, состоящий из 4 кодовых чисел, разделенных точками. Первая цифра в шифре
обозначает номер класса, вторая – номер подкласса, третья – подподкласса и четвертая –
порядковый номер в данном подподклассе.
&&&
$$$002-002-100$Лекция №2.Вопросы для самоконтроля
1. Какова химическая природа и биологическая роль ферментов?
2. Какие
центры
выделяют
в
составе
ферментов?
Охарактеризуйте каждый центр простого и сложного фермента.
3. Что понимают под фермент-субстратным комплексом? Какими связями связаны
фермент и субстрат в фермент-субстратном комплексе?
4. Каким образом влияет температура на образование фермент-субстратного
комплекса?
5. Пепсин гидролизует белки в желудке. Укажите, в какой среде (кислой,
нейтральной, щелочной) пепсин проявляет максимальную активность.
6. В состав какого кофермента входит витамин В6? Напишите его структурную
формулу и назовите его.
7.
Какие витамины входят в состав коферментов НАД, ФАД, КоА?
8. Назовите по рациональной номенклатуре ферменты, катализирующие гидролиз:
а) дипептида; б) лактозы; в) сахарозы; г) амилозы.
9. Какие реакции катализируют ферменты класса оксидоредук-таз? Приведите
пример процесса, катализируемого дегидрогеназой.
&&&
Общая характеристика обмена веществ и энергии .
1. Понятие об обмене веществ
2. Обмен энергии
$$$002-003-000$3.2.3 Лекция №3.
&&&
Понятие об обмене веществ
Живые организмы характеризуются рядом признаков, коренным образом
отличающих их от неживых тел. Одним из таких признаков является обмен веществ —
$$$002-003-001$3.2.3.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 22 из 103
постоянно
протекающий,
самосовершающийся,
саморегулирующий
процесс
обновления живых организмов. С прекращением обмена веществ прекращается жизнь.
Обмен веществ включает в себя разнообразные физиологические, физические и
химические процессы.
К физиологическим процессам относится поступление питательных веществ (белков,
липидов, углеводов, минеральных веществ, воды, витаминов и др.) из окружающей
среды и выделение продуктов жизнедеятельности организма. Физические процессы —
это сорбция, всасывание, различные формы движения. К химическим процессам
относятся распад питательных веществ и синтез необходимых организму соединений.
В химических процессах обмена веществ выделяют внешний и промежуточный
виды обмена.
Внешний обмен — это внеклеточное превращение веществ на путях их поступления и
выделения.
Промежуточный обмен — это превращения веществ внутри клеток. Процессы
промежуточного обмена включают превращения компонентов пищи после их
переваривания и всасывания. Именно промежуточный обмен изучает динамическая
биохимия.
Промежуточный обмен веществ иначе называют метаболизмом. Метаболизм — это
совокупность всех химических реакций в клетке. Вещества, образующиеся в ходе
химических реакций, принято называть метаболитами. Число химических реакций в
клетках организма человека огромно, но следует подчеркнуть, что все реакции
протекают согласованно. Цепи химических реакций образуют метаболические пути или
циклы, каждый из которых выполнит определенную функцию.
В метаболизме принято выделять два противоположных процесса - катаболизм и
анаболизм.
Катаболизм (в переводе с греческого — вниз) — это процессы распада веществ,
сопровождающиеся выделением энергии.
Анаболизм (в переводе с греческого — вверх) — процессы синтеза сложных молекул
из более простых, сопровождающиеся потреблением энергии.
&&&
Обмен энергии
Обмену веществ сопутствует обмен энергии. Каждое органическое соединение живой
материи обладает определенным запасом энергии, которая заключена в химических
связях между атомами. При разрыве химической связи происходит изменение уровня
свободной энергии соединения. Если изменение уровня свободной энергии соединения
при разрыве химической связи составляет более 25 кДж/моль, такая связь называется
макроэргической. Не следует путать свободную энергию соединения с энергией связи,
под которой понимается энергия, необходимая для разрыва связи между двумя атомами
в любой молекуле. Соединения, содержащие макроэргические связи, называются
макроэргическими.
Ключевым веществом в энергетическом обмене является АТФ, так как, с одной
стороны, она возникает из других макроэргических соединений в ходе некоторых
реакции, а с другой , существует много процессов, в ходе которых синтезируются
$$$002-003-002$3.2.3.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 23 из 103
макроэргические соединения при участии АТФ. АТФ является главным используемым
непосредственно донором свободной энергии.
Основными функциями метаболизма являются:
• Распад структурных компонентов клетки;
• Аккумуляция энергии, извлекаемой при распаде химических веществ;
• Использование энергии для синтеза необходимых молекулярных компонентов и
совершения работы.
Молодой растущий организм характеризуется преобладанием анаболических
процессов над катаболическими.
Окружающая среда воздействует на организм порой разрушающе. В организме есть
механизмы, способные поддерживать его в нормальном состоянии. Поддержание
постоянного внутреннего состояния организма называется гомеостазом и является
следствием метаболизма.
&&&
$$$002-003-100$Лекция №3.Вопросы для самоконтроля
1 Объясните понятие «обмен веществ». Сочетанием каких процессов является обмен
веществ?
2. Какими химическими процессами характеризуется внешний обмен? Приведите
конкретные примеры.
3. Что такое метаболизм? Какие два противоположных процесса выделяют в
метаболизме? Дайте краткую характеристику каждому из них.
4.Какие соединения называют макроэргическими?
5. Какое соединение является главным макроэргом в организме человека?
6. Напишите схемы реакций гидролиза креатинфосфата и АТФ, используя
структурные формулы исходных соединений и продуктов реакций.
7. Каковы основные функции метаболизма?
8. Объясните понятие «гомеостаз».
&&&
$$$002-004-000$3.2.4 Лекция №4.
Основы биоэнергетики.
1. Биоэнергетика
2. Структурная организация митохондрии
3. Окисление, сопряженное с фосфорилированием
4. Энергетический эффект распада улеводов и триглицеринов
&&&
Биоэнергетика
Биоэнергетика - это раздел биохимии, изучающий преобразование и использование
энергии в живых клетках.
Всем живым организмам необходима энергия из внешней среды, т. е. любая живая
клетка обеспечивает свои энергетические потребности за счет внешних ресурсов. К таким
энергетическим ресурсам можно отнести питательные вещества, расщепляющиеся в клетке
до менее энергетически ценных конечных продуктов. Речь уже шла о выделении энергии при
катаболических процессах. Теперь настало время показать, каким образом катаболизм
связан с накоплением энергии в форме АТФ.
Освобождение энергии при катаболизме питательных веществ. При рассмотрении
катаболизма различных субстратов условно можно выделить три этапа освобождения энергии.
$$$002-004-001$3.2.4.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 24 из 103
Первый этап — подготовительный. На этом этапе происходит расщепление биополимеров,
поступающих с пищей или находящихся внутри клетки, до мономеров.
Второй этап характеризуется частичным распадом мономеров до таких соединений,
как ацетил-КоА и метаболиты цикла Кребса — щавелевоуксусная, α-кетоглутаровая,
фумаровая кислоты. На втором этапе число субстратов сокращается до нескольких.
На этом этапе происходит освобождение до 20% энергии, заключенной в исходных
субстратах, происходящее в анаэробных условиях. Часть этой энергии аккумулируется в
фосфатных связях АТФ, а остальная рассеивается в виде тепла.
АТФ в анаэробных условиях образуется из АДФ и фосфата снятого с субстрата. Процесс
образования АТФ из АДФ и фосфата снятого с субстрата, называется субстратным
фосфорилированием. В процессе гликолиза можно найти два примера вышеназванного
процесса:
1,3-Дифосфоглицериновая кислота + АДФ -» З-Фосфоглицериновая кислота + АТФ;
2-Фосфоенолпировиноградная к-та + АДФ -- Енолпировиноградная к-та + АТФ.
Однако посредством реакций субстратного фосфорилирования образуется сравнительно
небольшое количество АТФ.
Третий этап — это окончательный распад метаболитов до оксида углерода и воды. Он
протекает в аэробных условиях и представляет собой биологическое окисление. Окисление,
сопряженное
с
синтезом
АТФ,
называется
сопряжением
на
уровне
электронотранспортной цепи. Иначе этот процесс называют окислительным
фосфорилированием и отождествляют с дыханием.
Примерно 80% всей энергии химических связей веществ освобождается на этом этапе.
Еще раз подчеркнем, что все процессы данного этапа освобождения энергии локализованы в
митохондриях.
&&&
Структурная организация митохондрии
Митохондрии образно называют энергетическими станциями клетки; они найдены во всех
эукариотических клетках, однако их размер, форма и число различны в разных к летках. Все три
характеристики, видимо, меняются в ответ на изменения в метаболизме и в результате старения
клеток. Кроме того, различные патологические изменения в клетках связаны также с изменением
этих характеристик митохондрий.
Исследования структурной организации митохондрий дали основание констатировать, что
митохондрия состоит из двух отдельных мембранных мешков — наружного и внутреннего, которые разделены мембранным пространством, заполненным водой.
Наружная мембрана гладкая, а у внутренней мембраны имеется много нерегулярно
расположенных складок, простирающихся во внутреннюю область митохондрии.
Такие складки образованные внутренней мембраной, называются кристами. Внутреннее
пространство митохондрии называется митохондриальным матриксом. Наружная
мембрана состоит из 50% белков и 50% липидов, внутренняя мембрана — из 75% белков
и 25% липидов.
Митохондрии отвечают за основные процессы аэробного метаболизма в клетке, в
том числе такие жизненно важные, как β-окисление ВЖК, цикл Кребса, окисление,
сопряженное с фос-форилированием АДФ.
$$$002-004-002$3.2.4.2
&&&
$$$002-004-003$3.2.4.3
Окисление, сопряженное с фосфорилированием
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 25 из 103
Атомы водорода, снятые с субстратов в цикле Кребса, в результате β -окисления
ВЖК, а также пируватдегидрогеназной, глутаматдегидрогеназной и некоторых других
реакций, поступают в дыхательную цепь ферментов, которая иначе называется
электронотранспортной цепью.
Процесс переноса протонов и электронов (атом водорода = протон водорода (Н+) +
электрон (ё) ) начинается с передачи атомов водорода с восстановленной формы НАД
или ФАД.
Восстановленный НАД отдает водороды на флавопротеин, ко-ферментом которого
является ФМН, а восстановленный ФАД всегда передает водороды на кофермент Q.
После кофермента Q по системе цитохромов осуществляется транспорт только электронов; роль конечного — терминального — акцептора электронов выполняет кислород.
Механизм сопряжения дыхания с фосфорилированием АДФ.
Транспорт протонов и электронов от восстановленного НАД к молекулярному
кислороду представляет собой экзергоническии процесс:
НАДН + Н+ + О2 -» НАД+ + Н2О + энергия
Если еще упростить запись этого процесса, то получим уравнение реакции горения водорода
в кислороде, которое известно всем со школьной скамьи:
Н2 + О2 -> Н2О + энергия
Разница состоит лишь в том, что при реакции горения энергия освобождается сразу
полностью, а в цепи дыхания, благодаря тому что она разбита на несколько окислительновосстановительных реакций, происходит поэтапное освобождение энергии. Эта энергия
аккумулируется в фосфатных связях АТФ и используется для жизнедеятельности
клеток.
Синтез АТФ. Мембрана, на которой создается электрохимический трансмембранный
градиент протонов называется энергизированной. Энергизированная мембрана стремится
разрядиться за счет перекачки протонов из межмембранного пространства обратно в
матрикс. Этот процесс осуществляется с помощью протонзависимой АТФазы.
&&&
Энергетический эффект распада улеводов и триглицеринов
Энергетический эффект какого-либо биологического вещества выражают
количеством АТФ, которое можно получить в данном процессе. Расчет энергетического
эффекта биохимических процессов, протекающих в анаэробных и аэробных условиях,
следует производить по-разному.
Расчет энергетического эффекта гликолиза. Гликолиз — это анаэробный процесс.
Расчет энергетического эффекта полного распада глюкозы в аэробных условиях.
Суммируя энергетические эффекты всех этапов распада глюкозы в аэробных
условиях, получаем 38 моль АТФ.
Расчет энергетического эффекта распада тригдицеридов. При гидролизе
триглицеридов не происходит ни затрат, ни образования АТФ. Энергетическую ценность
имеют продукты гидролиза — глицерин и высшие жирные кислоты.
Суммируя энергетические эффекты отдельных этапов превращения глицерина,
получаем 22 моль АТФ.
$$$002-004-004$3.2.4.4
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 26 из 103
Энергетический эффект β-окисления ВЖК. Например, энергетический эффект β окисления 1 моль стеариновой кислоты равен 147 моль АТФ.
$$$002-004-100$Лекция №4.Вопросы для самоконтроля
1.На каком основании компоненты электронотранспортной цепи относят к
оксидоредуктазам?
2.Для каких компонентов электронотранспортной цепи характерен процесс: Fe3+, + е
-> Fe2+?
3. Почему количественное содержание белков во внутренней мембране
митохондрий больше, чем во внешней?
4.Охарактеризуйте этапы освобождения энергии при катаболизме трипальмитина.
5.Напишите схему полного распада глицерина до СО2 и Н2О.
6. Напишите схему полного распада глутаминовой кислоты в аэробных условиях и
рассчитайте энергетический эффект этого процесса.
7. Рассчитайте энергетический эффект β-окисления пальмитиновой кислоты.
8. Рассчитайте энергетический эффект полного распада тристеарина.
&&&
Обмен углеводов.
1. Катаболизм углеводов
2. Распад глюкозы
3 Биосинтез углеводов
$$$002-005-000$3.2.5 Лекция №5.
&&&
Катаболизм углеводов
Обмен углеводов играет важную роль в жизнедеятельности организма. Катаболизм
углеводов, с одной стороны, сопровождается освобождением энергии, которая может
накапливаться в макроэргических связях АТФ и использоваться в дальнейшем для синтеза
необходимых молекулярных компонентов клетки и совершения различных видов работы,
с другой стороны, образующиеся метаболиты служат исходными веществами для
образования биологически важных соединений, таких как аминокислоты, липиды,
нуклеотиды.
$$$002-005-001$3.2.5.1
&&&
Распад глюкозы
Распад глюкозы возможен двумя путями. Один из них заключается в распаде
шестиуглеродной молекулы глюкозы на две трехуглеродные молекулы. Этот путь
называется дихотомическим распадом глюкозы. При реализации второго пути происходит
потеря молекулой глюкозы одного атома углерода, что приводит к образованию пентозы,
этот путь носит название апотомического распада.
Дихотомический распад глюкозы может происходить как в анаэробных без присутствия
кислорода, так и анаэробных условиях в результате процесса молочнокислого брожения
образуется молочная кислота. Иначе этот процесс называется гликолизом.
Заключительной реакцией этого метаболического пути является молочная кислота,
которая образуется при восстановлении пировиноградной кислоты.
Аэробный обмен ПВК. В аэробных условиях пировиноградная кислота окисляется;
этот процесс называется окислительным де-карбоксилированием пировиноградной
кислоты. Катализирует этот процесс мультиэнзимный комплекс, который называется
$$$002-005-002$3.2.5.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 27 из 103
пиру-ватдегидрогеназным комплексом. В состав этого комплекса входят три фермента и
пять коферментов.
Первый этап аэробного превращения ПВК заключается в ее декарбоксилировании,
катализируемом пируватдекарбоксилазой (E1), коферментом которой является
тиаминпирофосфат. В результате образуется оксиэтильный радикал, ковалентно
связанный с коферментом.
Фермент, ускоряющий второй этап окислительного декарбок-силирования ПВК, —
липоат-ацетилтрансфераза содержит в своем составе два кофермента: липоевую кислоту и
коэнзим A (KoASH). Происходит окисление оксиэтильного радикала в ацетильный, который сначала акцептируется липоевой кислотой, а затем переносится на KoASH.
Результатом второго этапа является образование ацетил-КоА и дегидролипоевой
кислоты.
Заключительную стадию окислительного декарбоксилирования ПВК катализирует
дигидролипоилдегидрогеназа, коферментом которой является ФАД. Кофермент отщепляет
два атома водорода от дигидролитюевой кислоты, тем самым воссоздавая первоначальную
структуру данного кофермента:
Ацетил-КоА представляет собой соединение с макроэргической связью, иначе его
можно назвать активной формой уксусной кислоты. Освобождение коэнзима А от
ацетильного радикала происходит при включении его в амфиболический цикл, который
называется циклом ди- и трикарбоновых кислот.
Цикл ди- и трикарбоновых кислот. Этот амфиболический цикл называют циклом Кребса
в честь Г. Кребса (лауреата Нобелевской премии 1953 г.), определившего
последовательность реакций в этом Цикле.
В результате функционирования цикла Кребса происходит полный аэробный
распад ацетильного радикала до углекислого газа и воды.
&&&
Биосинтез углеводов
В тканях и органах человека происходит синтез сложных углеводов. Строительным
блоком (мономерным звеном) для синтеза служит глюкоза. Большая часть глюкозы
поступает в организм человека с пищей, однако при длительном голодании может
включаться механизм синтеза глюкозы из неуглеводных источников.
Глюконеогенез — процесс новообразования глюкозы из неуглеводных источников. В
качестве субстратов глюконеогенеза могут служить аминокислоты, превращающиеся в
пировиноградную и в щавелевоуксусную кислоты; такие аминокислоты называются
гликогенными. К гликогенным относятся все протеиногенные аминокислоты, кроме
лейцина. Также к неуглеводным источникам глюконеогенеза относятся глицерин,
кислоты цикла Кребса, молочная кислота. Преобразование всех указанных веществ (кроме
глицерина) в глюкозу проходит через стадию пировиноградной и щавелевоуксусной
кислот.
Глюконеогенез — регулируемый процесс, на скорость протекания которого
оказывают влияние гормоны. Инсулин тормозит образование углеводов из аминокислот,
кортикостероиды, наоборот, стимулируют глюконеогенез.
Столь подробное рассмотрение процесса глюконеогенеза связано с тем, что этот
метаболический путь использует молочную кислоту, накапливающуюся в мышцах во
время интенсивной мышечной работы. Следовательно, глюконеогенез, протекающий
$$$002-005-003$3.2.5.3
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Стр. 28 из 103
в печени, можно рассматривать как приспособление для разгрузки организма от
молочной кислоты, образующейся в мышцах в анаэробных условиях.
Биосинтез гликогена. Иначе биосинтез гликогена называется гликогеногенезом. Он
осуществляется практически во всех тканях но особенно активно протекает в скелетных
мышцах и в печени. Биосинтез гликогена может идти двумя путями. Один из них
заключается в переносе олигосахаридных фрагментов с одного полисахарида на
существующий фрагмент гликогена, другой - в переносе остатков глюкозы. Источником
остатков глюкозы служит уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза), которая образуется
из глюкозо-1-фосфата и УТФ при участии фермента глюкозо-1-фос-фатуридилтрансферазы:
&&&
$$$002-005-100$Лекция №5.Вопросы для самоконтроля
1. Какие органические вещества называются углеводами?
2. Какие функциональные группы входят в состав альдогексоз?
3. Напишите структурные формулы рибозо-5-фосфата, ксилулозо-5-фосфата,
глюкозо-6-фосфата, галактозо-1фосфата, фруктозо-1,6 дифосфата.
4. Напишите структурные формулу дисахарида, состоящего, из двух остатков
глюкозы, связанных между собой α-1,4-гликозидной связью. Как называется этот
дисахарид?
5. Напишите схемы реакции с использованием структурных формул субстратов и
продуктов и с указанием ферментов, катализирующих данные реакции:
6. Для какого метаболического пути характерны реакции, представленные в
упражнении 5?
7. Напишите структурные формулы ди- и трикарбоновых кислот, функционирующих
в цикле Кребса.
8. Напишите схемы четырех реакции цикла Кребса, катализируемых
дегидрогенезами. Отметьте коферменты дегидрогеназ.
9. Напишите схемы реакций, катализируемых
10. Из схемы глюконеогенеза выберите реакции, ускоряемые ферментами,
относящимися к классу гидролаз.
&&&
Обмен липидов.
1. Катобализм липидов
2. Биосинтез липидов
$$$002-006-000$3.2.6 Лекция №6.
&&&
Катобализм липидов
В тканях организма происходит непрерывное обновление липидов. Основную массу
липидов тела человека составляют триглицериды, которыми особенно богата жировая
ткань. В виде включений триглицериды имеются в большинстве тканей и органов.
Поскольку липиды выполняют энергетическую функцию, то процессы их
обновления связаны с мобилизацией и депонированием их в процессе образования
энергии.
$$$002-006-001$3.2.6.1
Катаболизм липидов
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 29 из 103
Обновление липидов тканей и органов организма требует предварительного
внутриклеточного ферментативного их гидролиза.
Гидролиз триглицеридов проходит в два этапа. На первом этапе происходит гидролиз
внешних сложноэфирных связей, ускоряет этот процесс фермент липаза. В клетках
организма человека функционирует несколько видов липаз, имеющих разную
локализацию и оптимум рН. В лизосомах локализованы кислые липазы (липазы,
проявляющие максимальную активность в кислой среде), в цитоплазме — нейтральные,
в микросомах — щелочные. Активация липаз происходит по механизму
фосфорилирования — дефосфо-рилирования, как и у гликогенфосфорилазы. Гидролиз
триглицеридов называется липолизом.
Гидролиз фосфатидов. Фосфатиды распадаются на соответствующие структурные
компоненты: глицерин, ВЖК, фосфорную кислоту и азотистое основание. Процессы
гидролиза сложноэфирных связей в молекуле фосфатидов ускоряются различными по
специфичности фосфолипазами.
Продукты гидролиза триглицеридов и фосфатидов подвергаются дальнейшим
метаболическим превращениям.
Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. Значительная часть
образовавшегося при гидролизе липидов глицерина используется для ресинтеза
триглицеридов. Второй путь обмена глицерина — включение продукта его окисления в
гликолиз или в глюконеогенез. Независимо от пути обмена начальным этапом является
процесс фосфорилирования глицерина, донором фосфатной группы является молекула
АТФ:
Большая часть α-глицерофосфата используется для синтеза триглицеридов. Обмен
глицерина тесно связан с гликолизом, во второй этап которого вовлекаются его
метаболиты:
Окисление жирных кислот. В 1904 г. Ф. Кнооп показал, что в митохондрии в ходе
окисления происходит постепенное уменьшение на два углеродных атома с
карбоксильного конца высшей мирной кислоты. Ф. Кнооп назвал механизм окисления
ВЖК β-окислением.
β-окисление – это циклический процесс. Конечным продуктом β-окисления высших
жирных кислот является ацетил-КоА, дальнейший обмен которого зависит от состояния
организма. Однако, в какой бы путь обмена он не вставал, результатом будет
освобождение КоА, запасы которого в клетке ограничены. β –окисление ВЖК является
одним из основных источников получения энергии для синтеза АТФ в животной клетке.
Образование кетоновых тел. Одним из процессов, в котором происходит
регенирирование свободного КоА из его ацильных производных, является образование
ацетоуксусной кислоты. В этом процессе принимаю участие три молекулы ацетил-КоА.
В результате конденсации трех молекул ацетил-КоА образуется молекула
ацетоуксусной кислоты и высвобождаются две молекулы КоА.
Ацетоуксусная кислота при восстановлении дает β-оксимасляную кислоту.
Ацетоуксусная и β-оксимасяляная кислоты синтезируются в печени и поступают с
кровью к мышечной и другим тканям, которые утилизуют их в цикле Кребса. Нарушения
в обмене жиров сопровождаются накоплением антиуксусной и β-оксимасляной кислот в
крови. Ацетоуксусная кислота может превращаться в ацетон.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 30 из 103
Ацетоуксусная, β-оксмасляная кислоты и ацетон получили название кетоновых тел.
Усиленное образование их называется кетозом. Сотояние организма, при котором
происходит избыточное накопление кетоновых тел в крови, называют кетонемией, а
выделение их с мочой – кетонурией. Среди многих причин патологического накопления
кетоновых тел особенно важными считают дефицит поступающих с пищей углеводов и
жирных кислот при недостатке инсулина.
&&&
Биосинтез липидов
Основными структурными блоками триглицеридов и фосфатидов являются αглицерофосфат и ацильные производные КоА (ацил-КоА). α -Глицерофосфат образуется
из глицерина, возникающего при распаде глицеринсодержащих липидов, а высшие
жирные кислоты синтезируются из малонил-КоА. Рассмотрим подробно процесс
биосинтеза ВЖК.
Синтез высших жирных кислот локализован в эндоплазматической сети клетки.
Непосредственным источником синтеза является малонил-КоА, образующийся из
ацетил-КоА и оксида углерода (IV) при участии АТФ.
Начальным этапом синтеза ВЖК является конденсация мало-нил-КоА с ацетилКоА:
Образовавшийся β-кетобутирил-КоА сначала восстанавливается до β -оксибутирилКоА, который далее с участием дегидратазы превращается в кротонил-КоА, содержащий
двойную связь. Кротонил-КоА восстанавливается до бутирил-КоА.
Следует подчеркнуть, что ферменты редуктазы в своем составе содержат НАДФ.
Биосинтез ВЖК носит циклический характер. Синтезированный бутирил-КоА
вступает в новый цикл превращений, представленных выше. Для синтеза, например,
пальмитиновой кислоты нужно семь таких циклов; в каждом цикле происходит
удлинение ацила на два углеродных атома. По достижении ацильным радикалом длины
в 16 и более атомов углерода происходит его отщепление от фермента третьим доменом,
обладающим тиоэстеразной активностью.
Синтез триглицеридов происходит при депонировании липидов в жировой или других
тканях организма. Локализован этот процесс на мембранах эндоплазматической сети.
Первой стадией синтеза триглицеридов является трансацилирование αглицерофосфата с образованием фосфатидной кислоты.
Далее фосфатидная кислота подвергается действию фосфатидат-фосфатазы с
образованием а,β-диацилглицерина.
Ферменты, ускоряющие синтез триглицеридов, найдены в клетках печени, слизистой
оболочки кишечника, жировой ткани и др. Из тканей с интенсивным синтезом
триглицеридов, они мигрируют в ткани, где нет активного синтеза.
Синтез фосфатидов. Существует два. пути синтеза фосфатидов, причем для обоих
необходима цитидинтрифосфорная кислота (ЦТФ). Ниже представлен путь синтеза
фосфатидов из фосфатидной кислоты, синтез которой был рассмотрен выше.
Взаимодействие фосфатидной кислоты с ЦТФ приводит к образованию ЦДФдиацилглицерина, который как кофермент способен участвовать в переносе
диацилглицерина на азотистое основание, например серин. В результате этого
$$$002-006-002$3.2.6.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 31 из 103
превращения образуется фосфатидилсерин, который можно рассматривать в качестве
исходного соединения для образования другого фосфатида — фос-фатидилэтаноламина.
&&&
$$$002-006-100$Лекция №6.Вопросы для самоконтроля
1. Какие органические вещества называются липидами?
2. Какие химические компоненты входят в состав фосфатидов?
3. Напишите структурные формулы трипальмитина, пальмито-дилаурина,
пальмитостеароолеина. Какие триглицериды входят в группу простых, а какие — смешанных
триглицеридов?
4. Приведите схему гидролиза триолеина.
5. Напишите структурную формулу лецитина и схему гидролиза его при участии фосфолипаз
А 1 , А 2 и D.
6.Напишите схемы реакций с использованием структурных формул субстратов и
продуктов, а также ферментов, ускоряющих данные реакции
7. Напишите схему третьего этапа β-окисления пальмитиновой кислоты.
8. Из глицерина, пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот проведите
синтез триглицерида. Какие соединения (кроме ферментов) необходимые для
осуществления синтеза триглицерида не указаны в задании?
&&&
$$$002-007-000$3.2.7 Лекция №7.
Обмен белков.
1. Распад белков
2. Метаболизм аминокислот
3. Пути связывания аммиака
4. Биосинтез белка
&&&
Распад белков
Белки являются основным строительным материалом различных биологических
структур клеток организма, поэтому обмен белков играет первостепенную роль в их
разрушении и новообразовании.
Распад белков
Главным путем распада белков в организме является ферментативный гидролиз,
называемый протеолизом. В желудочном соке находится пепсин. Субстратом пепсина
могут быть как нативные, так и денатурированные при термической обработке продуктов
белки пищи. Пепсин быстро гидролизует в белках пептидные связи образованные
карбоксильными группами ароматических аминокислот — фенилаланина, тирозина,
триптофана. Медленнее пепсин гидролизует пептидные связи, образованные
каробксильньгми группами лейцина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.
Протеолиз в кишечнике обеспечивает ряд ферментов: трипсин, химотрипсин,
карбоксипептидазы А и В, дипептидазы и др.
Трипсин гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами
аргинина и лизина, химотрипсин — фенилаланина, тирозина и триптофана; действие
этих ферментов приводит к более глубокому гидролизу белков по сравнению с
гидролизом в желудке. Карбоксипептидаза А быстро отщепляет с С-конца
образовавшихся олигопептидов аминокислоты с ароматическими или алифатическими
$$$002-007-001$3.2.7.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 32 из 103
боковыми радикалами. Карбоксипептидаза В действует только на пептиды, имеющие на
С-конце остатки аргинина или лизина.
Слизистая кишечника содержит группу аминопептидаз, которые при действии на
полипептидные цепи поочередно освобождают N-концевые аминокислоты. Здесь же
локализованы и дипептидазы, гидролизуюшие дипептиды.
Белки пищи при участии перечисленных ферментов гидролизуются до свободных
аминокислот.
Всасывание аминокислот происходит главным образом в тонком кишечнике, где
функционируют специфические системы транспорта аминокислот. Кровотоком
аминокислоты транспортируются во все ткани и органы.
&&&
Метаболизм аминокислот
Аминокислоты, которые поступают в организм в количествах, превышающих
потребности биосинтеза клеточных белков, не могут запасаться и подвергаются
метаболическим превращениям. Наиболее распространенными и важными реакциями, в
которых участвуют аминокислоты, являются трансаминирование (переаминирование),
окислительное дезаминирование и декарбоксилирование.
Переаминирование представляет собой взаимопревращение α-аминокислоты и αкетокислоты, катализируемое аминотрансферазой.
Окислительное дезаминирование аминокислот происходит в клетках печени и
почек. Продуктами окислительного дезаминирования аминокислот являются
соответствующие α-кетокислоты.
Декарбоксилирование аминокислот — важный метаболический процесс, в результате
которого из аминокислот образуются биологически активные амины. Декарбоксилазы
аминокислот
—
сложные
ферменты,
коферментом
которых
является
пиридоксальфосфат.
$$$002-007-002$3.2.7.2
&&&
Пути связывания аммиака
Аммиак токсичен для центральной нервной системы, поэтому в организме
существуют процессы, в которых происходит связывание (дезактивация) аммиака.
Основным путем связывания аммиака в мозге является образование глутамина.
Глутамин может использоваться не только для синтеза белка, но и для других
метаболических процессов, следовательно, его можно рассматривать как хранилище
аммиака. Подобным образом происходит образование аспарагина, катализируемое соответствующей синтетазой.
Основным путем связывания аммиака является орнитиновый цикл, называемый
также циклом мочевины.
Новообразование аминокислот. Некоторые аминокислоты синтезируются путем
переаминирования: пировиноградная кислота является источником аланина, αкетоглутаровая — глутаминовой, а щавелевоуксусная — аспарагиновой кислот. Глутамин и
аспарагин образуются путем прямого аминирования из соответствующих аминокислот. Синтез
других заменимых аминокислот осуществляется в ходе более сложных реакций.
Аминокислоты служат исходным материалом для таких важных биологических соединений,
как гем гемоглобина, креатинфосфат, некоторые коферменты и, конечно же, белки.
$$$002-007-003$3.2.7.3
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 33 из 103
&&&
Биосинтез белка
Биосинтез белка представляет собой удивительный и очень сложный процесс. Сложный,
хотя бы потому, что в нем принимают участие многие биологические соединения и
надмолекулярные комплексы. Биосинтез белка является завершающим этапом реализации
генетической информации, закодированной в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
Посредником в передаче генетической информации является матричная, или информационная,
рибонуклеиновая кислота (мРНК). Биосинтез белка невозможен без участия еще двух видов РНК
— транспортных (тРНК) и рибосомных (рРНК).
Понятие о нуклеиновых кислотах. Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых
служат нуклеотиды, связанные между собой фосфодиэфирными связями.
В состав нуклеотидов входят следующие компоненты: углевод (рибоза в РНК, 2дезоксирибоза в ДНК), азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин и урацил в РНК; аденин,
гуанин, цитозин и тимин в ДНК), фосфорная кислота. Примером трифосфатного нуклеотида
может служить АТФ.
Транспортные РНК (тРНК) составляют 10% от всех РНК клетки. Основной функцией тРНК
является перенос аминоацилов из цитоплазмы на рибосому, где происходит биосинтез белка.
Рибосомные РНК (рРНК) составляют основную массу клеточных (80—85%).
Матричные РНК (мРНК). На долю мРНК приходится 3,5% всех клеточных РНК.
Матричные мРНК очень разнообразны, что понятно: в них закодирована информация
о различных белках
Все упомянутые РНК взаимодействуют друг с другом в процессе биосинтеза белка.
Основной принцип взаимодействия — комлле-ментарность. Комплементарность — это
взаимосоответствие азотистых оснований: аденину соответствует урацил, а гуанину —
цитозин; пары комплементарных азотистых оснований связаны друг с другом
водородными связями.
Условно процесс биосинтеза белка можно разделить на два этапа, имеющих разную
локализацию: первый этап — цитоплазма-тический, второй — рибосомный.
Цитоплазматический этап биосинтеза белка. Во всех типах клеток первой стадией
биосинтеза белка является превращение аминокислоты в аминоацил-тРНК. Этим
достигаются две цели:
• повышение
реакционной
способности
аминокислоты
в
реакции образования пептидной связи (активация);
• соединение аминокислоты со специфической тРНК (отбор).
Катализируют процесс активации и отбора аминокислот ферменты аминоацилтРНК-синтетазы (АРСазы).
Рибосомный этап биосинтеза белка. Трансляция мРНК в полипептидную цепь
происходит на рибосомах. В клетках организма человека большая часть рибосом связана
с мембранами эндоплазматического ретикулума.
В процессе трансляции можно выделить три этапа:
1) инициация;
2) элонгация (удлинение полипептидной цепи);
3) терминация синтеза.
Инициация синтеза белка. Для начала синтеза полипептидной цепи необходимы:
рибосома, мРНК, инициирующая N-формил-метионил-тРНКмет, белковые факторы
$$$002-007-004$3.2.7.4
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 34 из 103
инициации, гуанозинтрифосфорная кислота (ГТФ). Во всех синтезируемых белках
первой аминокислотой является N-формилметионин, кодируемый кодо-ном мРНК—
АУГ, названным инициирующим кодоном. Радикал формил защищает аминогруппу (Nконец) метионина растущей полипептидной цепи.
Белковые факторы трансляции — семейство белков, не входящих в состав
рибосомы постоянно, взаимодействуют с ней на разных этапах трансляции. На каждом
этапе синтеза полипептидной цепи принимают участие разные белковые факторы. На
этапе инициации принимают участие белковые факторы инициации, отвечающие за
присоединение мРНК к рибосоме и за закрепление N-формилметионил-тРНК на кодоне
АУГ. тРНКмет закрепляется на кодоне АУГ с помощью комплементарного тринуклеотида
УАЦ, который называется антикодоном.
В результате согласованного действия всех участников этапа инициации происходит
сборка транслирующей рибосомы — комплекса, состоящего из рибосомы, мРНК и Nформилметионил-тРНК. Сборка транслирующей рибосомы является энергозависимым
процессом, энергию для которого поставляет гидролиз ГТФ. В транслирующей рибосоме
выделяют два центра: пептидный (Р) и аминоациль-ный (А). На этапе инициации Nформилметионил-тРНК присоединяется к мРНК в пептидильном центре, все последующие аминоацил-тРНК присоединяются к мРНК в аминоацильном центре.
Элонгация полипептидной цепи. Этап элонгации условно можно разбить на три стадии.
Первая стадия отвечает за правильное закрепление аминоацил-тРНК на соответствующем
кодоне мРНК в аминоацильном центре рибосомы. Этому способствуют белковые факторы
элонгации.
На второй стадии происходит образование пептидной связи между двумя
аминокислотными остатками; катализирует этот процесс пептидилтрансфераза. Сначала
происходит разрыв сложно-эфирной связи между N-формилметионил-тРНКмет; затем пептидилтрансфераза осуществляет перенос N-формилметионила к аминогруппе аминоацила,
закрепленного посредством тРНК в аминоацильном центре рибосомы и образует пепсидную
связь. В результате действия пептидилтрансферазы в пептидильном центре остается свободная
тРНКмет, а в аминоацильном — дипептидил-тРНК.
На третьей стадии элонгации происходят три перемещения. Рибосома передвигается вдоль
мРНК на расстояние одного кодона. В результате такого перемещения кодон АУГ и тРНК мет
оказываются за пределами рибосомы, в пептидильном центре располагается дипептидил-тРНК, а
аминоацильный центр освобождается для новой ами-ноацил-тРНК. Третья стадия элонгации
представляет собой пример направленного биологического движения, энергию для которого
обеспечивает гидролиз ГТФ, называемого транслокацией. После транслокации рибосома готова к
новому этапу элонгации.
Элонгация повторяется столько раз, сколько смысловых кодо-нов содержит мРНК.
Терминация полипептидной цепи. Этап терминации обеспечивают белковые
факторы терминации и фермент пептидилэстераза, локализованной в большой субчастице
рибосомы. Энергию для осуществления этапа терминации обеспечивает гидролиз ГТФ.
В структуре мРНК есть кодоны, не несущие информации ни об одной
протеиногенной аминокислоте. Они называются бессмысленными или терминаторными.
Таковыми являются кодоны УАА, УАГ, УГА. ЭТИ КОДОНЫ (либо один из них)
расположены сразу за последним смысловым кодоном мРНК. Ни одна тРНК не способна
распознать терминаторные кодоны, их опознают белковые факторы терминации. Как
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 35 из 103
только рибосома достигает одного из них, факторы терминации присоединяются к
терминаторному кодону. В этот момент происходит активирование пептидилэстера-зы,
которая гидролизует сложно-эфирную связь между полипептидом и последней тРНК.
Заключительной фазой терминации, а следовательно, и всего процесса трансляции,
является диссоциация комплекса, в который входят рибосома, мРНК, тРНК, вновь
синтезированный пептид и белковые факторы терминации.
Почти всегда мРНК транслируется одновременно множеством рибосом.
Образующаяся при этом структура называется полирибосомой или полисомой. Вероятно,
преимущество такого процесса заключается в возможности синтеза нескольких копий
полипептида, прежде чем мРНК будет расщеплена ферментами деструкции РНК.
Размеры полисомных комплексов сильно различаются, но обычно они определяются
размерами молекулы мРНК. Молекулы мРНК, состоящие из нескольких тысяч нуклеотидных остатков, могут образовывать комплексы с 50—100 рибосомами.
Процессинг белков. Большинство белков синтезируется в виде предшественников, не
обладающих нативной структурой. Процесс превращения белка-предшественника в
зрелый белок называется созреванием или процессингом. У разных белков
процессинг протекает различно, однако можно выделить отдельные этапы про-цессинга:
• Образование
дисульфидных
связей
между
боковыми
радикалами
остатков
цистеина,
стоящих
на
разных
участках
полипеп
тидной цепи.
• Расщепление
одной
или
большего
числа
определенных
пептид
ных
связей
и
превращение
полипептида-предшественника
в
конечный продукт.
• Присоединение
простетических
групп
(углеводов,
липидов,
коферментов
и
др.),
приводящее
к
образованию
сложных
белков
и ферментов.
• Химическая
модификация
боковых
радикалов
некоторых
аминокислотных
остатков
в
определенных
белках
(фосфорилирование,
метилирование,
гидроксилирование,
карбоксилирование,
йодирование и т. д.).
• Ассоциация
субъединиц
как
необходимый
этап
для
белков,
обладающих четвертичной структурой.
Код белкового синтеза. Передачу генетической информации от ДНК к белку мождно
выразить схемой: ДНК -» мРНК -» белок. Реализуется эта схема посредством сложных
биохимических процессов, протекающих в каждой клетке организма, один из которых —
биосинтез белка.
Путем сложных и кропотливых экспериментов было доказано соответствие кодонов
мРНК и определенных аминокислотных остатков в структуре белка. Известно, что 20
протеиногенных аминокислот кодирует 61 кодон, т. е. многие аминокислоты кодируются
несколькими кодонами. Исключение составляют метионин и триптофан. Остальные 18
аминокислот кодируются двумя и более кодонами.
&&&
$$$002-007-100$Лекция №7.Вопросы для самоконтроля
1. Какова специфичность действия протеолитических ферментов: химотрипсина,
пепсина, трипсина?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 36 из 103
2. Как называются ферменты, ускоряющие гидролиз дипептидов?
3. Напишите структурную формулу тетрапептида (Н) тир-глу-гли-вал (ОН) и
последовательно подействуйте на него химотрипсином и карбоксипептидазой А.
Назовите образовавшиеся продукты реакций.
4. Какие продукты образуются при окислительном дезаминировании аспарагиновой кислоты и аланина? Напишите схемы реакций и назовите
продукты реакций и ферменты, катализирующие эти реакции.
5. Какие диамины образуются в результате декарбоксилирования тирозина и
гистидина? Напишите схемы реакций декарбоксилирования названных аминокислот и
укажите ферменты, ускоряющие эти реакции.
6. Напишите уравнения реакций, протекающих по схеме:
КарбамоилфосфатСО, + NH, + 2АТФ синтетаза
Х
Орнитин-карбамоил
трансфераза
7. Приведите схему реакции активирования аланина и тирозина. Назовите продукты и
ферменты, ускоряющие эти реакции.
8. Напишите схему реакций, ускоряемых пептидилтрансферазой
при биосинтезе трипептидного фрагмента белка: -фмет-гли-вал.
9. Полипептидная цепь миоглобина содержит 153 аминокислотных остатка. Рассчитайте,
сколько нуклеотидов в информативном участке мРНК миоглобина.
10. Кодон УГГ мРНК кодирует триптофан. Какую последовательность имеет антикодон
тРНК?
&&&
$$$002-008-000$3.2.8 Лекция №8. Обмен нуклеиновых кислот .
1. Общие понятия
2. Нарушение пуринового обмена
3. Взаимосвязь обменов веществ связь между обменом углеводов, жиров и белков
&&&
Общие понятия
Обмен сложных белков — нуклеопротеидов — приобрел особенно важное значение
в связи с усиленным изучением роли нуклеиновых кислот в организме.
Нуклеопротеиды и нуклеиновые кислоты содержатся в наибольшем количестве в
клеточных ядрах, почему и получили свое название: nucleus — ядро.
Переваривание нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот и всасывание продуктов их
расщепления происходят в пищеварительном тракте. Первыми веществами гидролиза
нуклеопротеидов являются белки и нуклеиновая кислота, или полинуклеотид, что
осуществляют пепсин и соляная кислота желудка, а в тонком кишечнике — трипсин.
Белок подвергается дальнейшему — обычному расщеплению до аминокислот, а
полинуклеотиды распадаются в тонком кишечнике на мононуклеотиды. ДНК
расщепляются дезо-ксирибонуклеазой, или ДНК-азой, а РНК — рибонуклеазой, или РНКазой, выделяемыми поджелудочной железой и тонким кишечником. Часть
образовавшихся мононукдеотидов расщепляется фосфатазой кишечника на фосфорную
кислоту и нуклеозиды.
$$$002-008-001$3.2.8.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 37 из 103
Следовательно, конечными продуктами переваривания нуклеопротеидов и
нуклеиновых кислот являются мононуклеотиды и нуклеозиды. Они всасываются
кишечником, приносятся кровью в печень и различные ткани, где частично затрачиваются на синтез клеточных нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов, а частью
расщепляются до конечных продуктов нуклеинового обмена, выводимых мочой.
Внутриклеточный нуклеиновый обмен касается изношенных или обновляемых
нуклеиновых соединений, а также частя всосавшихся ненужных нуклеотидов и
нуклеозидов. При этом в тканях, преимущественно в печени, происходят следующие'
превращения.
Тканевые ДНК-аза и РНК-аза расщепляют нуклеиновые кислоты на мононуклеотиды.
Фосфатаза отщепляет от них фосфорную кислоту, вследствие чего образуются
нуклеозиды.
Тканевая нуклеозидаза расщепляет нуклеозиды на рибозу, пиримидиновые и
пуриновые основания. Рибоза после некоторых превращений окисляется до СО2 и Н2О,
а фосфорная кислота затрачивается на различные надобности организма или
выводится с мочой в виде фосфорных солей.
Азотистые циклические основания нуклеиновых кислот — пиримидиновые и
пуриновые вещества — подвергаются дальнейшим превращениям. К пиримидиновым
основаниям относятся цитозин, тимин и урацил.
Вероятно, пиримидиновые азотистые основания при окислении и других
изменениях образуют конечный продукт обмена — мочевину, что было установлено
относительно урацил а.
Обмен нуклеопротеидов медики часто называют пуриновым обменом. К этим
основаниям относятся аденин и гуанин. Они являются производными пурина и содержат
аминогруппу, вследствие чего называются аминопуринами.
Строение, превращения к конечный продукт обоих аминопуринов в принципе
одинаковы. Поэтому вначале проследим судьбу аденина.
Аденн под влиянием аденазы окислительно дезаминируется в оксипурин, или
гипоксантин. Последний, присоединяя молекулу воды и отщепляя два атома водорода,
окисляется в диоксипурин, или ксантин. Ксантин таким же путем окисляется в
триоксипурин, или мочевую кислоту. Оба последние процесса обусловливает
ксантиноксидаза. Вероятно, в тканях человека и высших животных дезаминирование
аденина происходит еще в составе нуклеозидов;
Гуанин как оксиаминопурин, окислительно дезаминируясь гуаназой, сразу же
превращается в диоксипурин, или ксантин, окисляемый затем в мочевую кислоту.
Следовательно, судьба гуанина такая же, как и аденина.
Таким образом, у человека, а также у птиц, конечным продуктом пуринового обмена
является мочевая кислота. Но у большинства млекопитающих мочевая кислота
окисляется далее в аллантоин — с разрывом одного кольца. Мочевая кислота очень
трудно растворяется в воде: 1 : 40000! В тканях, крови и моче она содержится в виде
несколько более растворимых мочекислых солей натрия, которые, называются уратами:
первичными или вторичными — в зависимости от содержания одного или двух
атомов натрия в молекуле. В таком виде мочевая кислота и выводится с мочой.
&&&
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 38 из 103
Нарушение пуринового обмена
Нарушение пуринового обмена вызывает особое заболевание — подагру, название
которой происходит от греческих слов: поус — нога, агриос — жестокая. Болезнь
представляет собой «привилегию» людей, по-видимому, потерявших в порядке
эволюции способность превращать мочевую кислоту в аллантоин, хорошо
растворимый в воде и потому не приводящий к подагре. Чаще всего подагрой страдают
мужчины, притом пожилого возраста, длительно потреблявшие преимущественно
обильную мясную пищу, особенно печень и почки, богатые пуринами.
Заболевание характерно хроническим, периодически обостряющимся воспалением
суставов и окружающих тканей, в которых происходит отложение кристаллических
мочекислых солей. При этом поражаются суставы, главным образом стопы, особенно
часто — большого пальца. Форма суставов обезображивается при этом; вблизи
суставов также образуются очаги воспаления, или подагрические узлы. Время от
времени происходят подагрические приступы: обострение процесса с местными
жестокими болями.
Для лиц, страдающих подагрой, в ряде случаев характерно повышенное
содержание мочекислых солей в крови и пониженное выведение уратов с мочой. Перед
приступом обычно наблюдается особо резкое понижение выведения мочекислых солей;
после же приступа, наоборот, выведение уратов значительно усиливается.
$$$002-008-002$3.2.8.2
&&&
Взаимосвязь обменов веществ связь между обменом углеводов,
жиров и белков
Изучая обмен веществ, вы познакомились отдельно с обменом углеводов, затем —
с обменом
жиров
и, наконец, с белковым обменом. Такое деление процессов
является искусственным, но удобным для изучения. B действительности обмен всех трех
соединений протекает в организме одновременно и совместно, хотя и в различном
объеме.
Уже первый этап обмена — пищеварение — представляет собой одновременное
расщепление углеводов, жиров и белков. Люди биологически приспособились к
перевариванию смешанной пищи. Питание человека только одним каким-нибудь видом
пищевых веществ в скором времени вызывает у него расстройство пищеварения.
Суточная потребность человека в энергетических веществах равняется
приблизительно 2500 калориям. Представьте себе рацион питания, составленный лишь
из одного какого-нибудь вещества: 600 граммов углеводов или 300 граммов жиров,
или же 600 граммов белка. Уже в первые дни у человека наступят глюкозурия и
расстройство пищеварительного тракта.
Еще большая общность обмена различных соединений имеется при
внутриклеточном обмене. Одним из промежуточных продуктов расщепления углеводов
является «активная уксусная кислота», или ацетил-кофермент А. Но и при распаде
жиров, и при окислении углеродной цепочки аминокислот появляется то же самое
промежуточное вещество.
Следовательно, именно в этом пункте, в момент образования одного и того же
промежуточного соединения углеводный, жировой и белковый обмен сливаются
$$$002-008-003$3.2.8.3
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 39 из 103
воедино. И далее этот промежуточный продукт расщепляется в одном и том же цикле
трикарбоновых кислот до одних и тех же конечных продуктов обмена: до СО 2 и Н2О.
Однако при определенных условиях единство обмена различных веществ может
опять дифференцироваться и пойти по разным путям, но уже в других направлениях. На
этом основана возможность взаимопревращений углеводов, жиров, аминокислот и
перехода одного вещества в другие.
Например, «активная уксусная кислота», получившаяся при расщеплении
углеводов, может синтезироваться в жирные кислоты и жиры. Таким же путем жиры
образуются из промежуточного продукта расщепления углеродной цепочки белков. И
наоборот, при сахарном диабете большое количество углеводов возникает из. уксусной
кислоты, появляющейся при окислении жиров и белков.
И, наконец, многие заменимые аминокислоты могут синтезироваться из
промежуточных продуктов расщепления угле водов и жиров путем их аминирования,
или присоединения аминогруппы. Так, из пировиноградной кислоты может образоваться
аланин, из кетоглютаровой и щавелевоуксуснои кислот, являющихся промежуточными
веществами цикла грикарбоновых кислот, — соответствующие аминокислоты:
глютаминовая и аспарагиновая.
Конечно, возможности синтеза аминокислот из других веществ очень ограничены по
сравнению с синтезом жиров и углеводов. Образование новых аминокислот может
происходить только при наличии в тканях свободного аммиака, освобождающегося при
дезаминировании других аминокислот. Переаминирование, или перенос аминогрупп с
одной аминокислоты на другую, сумму аминокислот не меняет.
Животный организм не может усваивать азот из атмосферы или азотистых
минеральных веществ, как это делают растения и некоторые микроорганизмы. Тем
более не может быть речи о синтезе в животном организме более сложных —
незаменимых аминокислот. Они доставляются организму только с пищей.
&&&
$$$002-008-100$Лекция №8.Вопросы для самоконтроля
1. Сколько этапов претерпевает гликокол при расщеплении до конечных
продуктов обмена?
2. В чем заключаются сходство и различие биосинтеза мочевины по Ненцкому
и Кребсу?
3. Чем отличается азотистое равновесие здоровых и лихо радящих людей?
4. Какие основные этапы азотистого круговорота на Земле?
&&&
$$$002-009-000$3.2.9 Лекция №9.
Использование побочных продуктов сельского хозяйства и
пищевых производств
1.Общие понятия
2.Сфера использования
&&&
Общие понятия
В процессе хранения отходы претерпевают значительное изменение по тем или
иным причинам: химическим, микробиологическим и технологическим. К
технологическим причинам относятся изменения химического и фазового состава, а
иногда и агрегатного состояния отхода в результате изменений качества сырья,
$$$002-009-001$3.2.9.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 40 из 103
технологических режимов или видов, получаемых на данном производстве продуктов.
При этом происходит дифференциация отхода по глубине хранилища благодаря
аэробным и анаэробным химическим процессам между компонентами отхода, что
приводит к значительным изменениям фазового состава и свойств отхода. В конечном
счете отсутствие технологии утилизации или переработки отходов усугубляет
экологический вред, наносимый отходами, и со временем ущерб от них возрастает.
Назрела острая необходимость в сборе сведений о состоянии отходов с-х
перерабатывающих производств, оценке возможности использования отходов в качестве
объекта утилизации или переработки в другие вторичные продукты. Должна быть дана
оценка отхода или побочного продукта по химическому составу, как товарного продукта
с учетом затрат на хранение и подготовку его для производства определенных целевых
товаров. Знание точной специфики и показателей изменения состава отхода и его
свойств позволяет своевременно корректировать рецептуры, технологические режимы и
параметры тех производств, на которых отходы или побочные продукты предполагается
использовать в качестве основного сырья или добавки. Кроме того, в настоящее время
крайне скромно представлены методы использования отходов или побочных продуктов
по химическому составу и получения целевых товарных продуктов. Эти задачи должны
решать технологи. Биоконверсия побочных продуктов сельского хозяйства и
перерабатывающих производств может реально дать экологический эффект и
оздоровление природной среды. Формирование экологического мировоззрения
специалистов будет способствовать формированию нового подхода в решении
технических и технологических задач в области перерабатывающей промышленности.
Важной точкой отсчета в решении специалиста-технолога должно быть практическое
действие экологического характера, а не ―сиюминутная польза. В учебные программы
необходимо закладывать основы экологически чистых технологий, направленных на
оздоровление существую-щих производств и вновь проектируемых.
Безусловно создание новых технологий или модернизация старых должна
вписываться в природные циклы обмена веществ. Это требует знаний
самовосстановительных функций природных систем: почвы и водоемов, а так-же учения
о биогеоценозах в целом. Специалисты-технологи должны знать и уметь разрабатывать
безотходные технологии агропроизводств и перерабатывающей промышленности.
Отходы или побочные продукты чаще всего представлены сточными водами
разнообразного химического состава, от чего и зависит использование
биотехнологических методов их утилизации или переработки. В целом существуют
кадастры отходов различного формата широко использующиеся в промышленно- и
социально-развитых странах. В блоке общей информации об отходе представлены код
отхода, наименование группы отходов, подгруппы и индивидуального отхода.
Многосторонняя характеристика отходов и источников их образования позволяет
создавать на предприятиях системы и структуры управления отходами, эффективные как
с производственной, так и с экономической точек зрения.
&&&
Сфера использования
Существующие в мире технологии переработки органических отходов в
большинстве случаев не являются безотходными и экологически чистыми и требуют
больших затрат энергоресурсов. Альтернативой существующим методам может быть
$$$002-009-002$3.2.9.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 41 из 103
биоконверсия органических отходов промышленного и сельскохозяйственного
производства. Сюда входят вермикультивирование и микробные биотехнологии,
благодаря которым получают ― биогумус и биомассу. Эти побочные продукты
используются в сельском хозяйстве как дешевые, экологически чистые удобрения и как
сырье или основу для приготовления биопрепаратов защитного и стимулирующего
действия. Реальными субстратами биоконверсии являются вторичные продукты
агропромышленных предприятий и сельского хозяйства в целом (послеспиртовая барда,
мо-лочная сыворотка, отходы хранения и переработки плодоовощного сырья,
растительные субстраты и т.п.).
Послеспиртовая барда, малоиспользуемая или вообще не используемая, после
фильтрации и микрофильтрациимембранными методами разделения позволяет получить
не только ценные белково-минеральные кормовые добавки, но и воду соответствующую
требованиям для слива или повторного использования. Масло – жиросодержащие
сточные воды предприятий. По производству растительных масел и майонеза после
флотационной очистки-успешно используются. Вторичное сырье – это не отходы, - это
материалы, которые после полного первоначального использования могут повторно
применяться в производстве как исходное сырье. Вторичным или побочным продуктом
можно, по-видимому, назвать любые белково-углеводные продукты после переработки
продовольственного сырья. Особенно много побочных продуктов образуется в пищевой
и перерабатывающей промышленности. Существуют технологии, позволяющие
полностью переработать непищевые отходы убоя (кости, мясокостные остатки, перо и
др.), а также инкубационные отходы в продукты с высокими кормовыми свойствами
(усвояемость до 90%). При этом отсутствуют вторичные отходы, стоки и неприятные
запахи. Смешивание отходов убоя с сухим растительным наполнителем (зерно-отходами,
шротами, отходами растениеводства и т.д.) позволяет сбалансировать питательные
свойства конечного продукта по содержанию протеина, жира и повысить усвояемость.
Предобработка
крахмалосодержащих
и
целлюлозных
материалов
амилоцеллюлозолитическими микроорганизмами или выделенными из них ферментами, с
последующим сбраживанием глюкозных единиц дрожжами, служит экономичным
способом получения этанола. На сегодня с помощью различных модификаций данного
метода достигают 50%-ного превращения сырья в низкомолекулярные сахара, особенно
глюкозу.
В целом растительная биомасса, состоящая в основном из фракций целлюлозы,
гемицеллюлозы и лигнина представляет собой важный энергетический и материальный
ресурс. Значительный энергетический потенциал, в виде метана, содержится в отходах
животноводства и различных отраслях перерабатывающей промышленности.
Коэффициенты конверсии энергии в системах получения метана из органического
вещества с помощью микроорганизмов весьма высоки. Пахта, молочная сыворотка и
обезжиренное молоко являются важным вторичным молочным сырьем в производстве
пищевых продуктов. Это ценные, богатые белками побочные продукты производства
сыров, творога, ка-зеина и масла. В сыворотке содержится 50% сухих веществ молока, в
их числе тонко диспергированный молочный жир, растворимые азотистые соединения,
минеральные соли, ферменты, витамины, органические кислоты; более 70% сухого
вещества содержится лактозы. Продукты, полученные из сыворотки имеют диетическое
и лечебное значение. Сыворотка, общеизвестно, является не только источником
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Стр. 42 из 103
здоровья, но и инноваций. Незаменимые аминокислоты входят в широкий ассортимент
напитков и других продуктов на основе сыворотки (соусов, дрессингов, десертов и т.п.).
В настоящее время из молочной сыворотки вырабатывают около 30 видов различных
продуктов, включая белковые концентраты и продукты биологической обработки. В
сельском хозяйстве из сыворотки получают бактериальные закваски для силосования
кормов и другие лечебные продукты. Таким образом, развитие биотехнологии позволяет
использовать любые побочные продукты сельского хозяйства и пищевых производств.
Использование биологических организмов, систем или процессов в производственной
деятельности позволяет получать активные компоненты или вторичное сырье для
расширения числа и разнообразия новых продуктов. Для этого необходимы
квалифицированные многопрофильные кадры биотехнологов, способные конкурировать
в бурно развивающейся биоиндустрии и уменьшить технологическую зависимость
предприятий сельского хозяйства и промышленности.
&&&
$$$002-009-100$Лекция №9.Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Альтернативные существующие методы
Незаменимые аминокислоты
Что такое биогумус и биомасса
Биоконверсия побочных продуктов
&&&
Биохимические
микроорганизмами в пищевых продуктах.
1.Спиртовое брожение
2.Пропионово-кислое брожение
$$$002-010-000$3.2.10
Лекция
№10.
процессы,
вызываемые
&&&
Спиртовое брожение
Брожение – это процессы получения энергии, при которых отщепляемый от субстрата
водород переносится, в конечном счете, на органические акцепторы. Л.Пастер называл
брожение жизнью без воздуха.
Спиртовое брожение – это процесс превращения в анаэробных условиях сахара в
диоксид углерода и этиловый спирт:
С6 Н12О 6 -» 2СО2 +2С2 Н5 ОН
Этиловый спирт – один из широко распространённых продуктов сбраживания сахаров
микроорганизмами. Даже растения и грибы в анаэробных условиях накапливают
этиловый спирт.
Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи, которые выращивают в
анаэробных условиях, подбирая соответствующие расы, обладающие необходимыми
свойствами для данного производства. В результате химической реакции образуется
уксусный альдегид и СО2
С02 является одним из конечных продуктов спиртового брожения. Уксусный альдегид
играет роль конечного акцептора водорода. Он при участии фермента
алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт, а НАД Н2 регенерируется
(окисляется) в НАД.
закваска молочнокислый бактерия аэробный
2СН3СНО + 2НАД Н2 -» 2СН3СН2ОН + 2НАД
$$$002-010-001$3.2.10.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 43 из 103
Реакция восстановления уксусного альдегида в этиловый спирт является завершающим
этапом спиртового брожения.
Наряду с основным продуктом (этиловым спиртом) в небольшом количестве образуются
побочные продукты - глицерин, уксусный альдегид, сивушные масла. В состав
сивушных масел входят пропанол, 2-бутанол, 2-метилпропанол, амиловый(пентанол) и
изоамиловый(триметилбутанол) спирты, представляющие собой продукты нормального
бродильного метаболизма дрожжей и обнаруживающиеся при росте дрожжей на любых
средах. Высшие спирты участвуют в формировании аромата и вкуса напитков
спиртового брожения. Дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы и
пировиноградную кислоту. В качестве промежуточного продукта при сбраживании
пировиноградной кислоты образуется ацетальдегид; если к дрожжам, сбраживающим
глюкозу, добавить бисульфит, то появится новый продукт – глицерин, однако при этом
снижается выход этилового спирта и СО2.
На условия спиртового брожения влияют многие факторы: химический состав
сбраживаемой среды, содержание спирта, температура, наличие посторонних
микроорганизмов.
Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов – сахарозу
и мальтозу. Пентозы сбраживаются только некоторыми дрожжами. Дрожжи не могут
сбраживать крахмал, так как они не образуют амилолитических ферментов.
Наиболее благоприятная концентрация сахара-10-15%, при 30-35% брожение
прекращается. Энергией брожения называется способность определённого количества
дрожжей сбраживать за определённый промежуток времени то или иное количество
сахара.
Хорошим источником азота для большинства дрожжей являются аммонийные соли, но
дрожжи могут использовать также аминокислоты и пептиды. Брожение протекает в
кислой среде при pH 4-5 .В щелочной среде повышается выход глицерина, t = 28-30°С.
Наибольшая скорость брожения наблюдается при температуре около 30°С; при
температуре 45-50°C брожение прекращается в результате гибели клеток дрожжей.
Снижение температуры приводит к замедлению брожения, но полностью оно не
прекращается даже при температуре ниже 0°C.
Использование спиртового брожения лежит в основе производства этилового спирта,
пива, вина и пекарских дрожжей.
Верховые дрожжи - ведут процесс при t = 25-28°C. Образуется пена, дрожжи выносятся
наверх, а в конце оседают на дно (производство спирта, хлебопечение).
Низовые дрожжи - ведут процесс при t = 5-10°С, пена незначительная, дрожжи оседают
на дно в процессе брожения (пивоварение, виноделие).
В производстве спирта используют спиртоустойчивые расы дрожжей (до 18-20%
спирта). В хлебопечении используют прессованные, сухие, а также жидкие дрожжи.
Хлебопекарные дрожжи должны обладать мальтазной активностью и образовывать
большое количество С02.
В производстве этилового спирта для пищевых целей используют разное сырьё трёх
основных групп: содержащее сахар ( сахарная свекла, кормовая патока, или меласса,
сахарный тростник, фруктовые соки); содержащее крахмал ( картофель, земляная груша,
кукуруза, ячмень, овёс, рожь, пшеница); содержащее целлюлозу( древесина и
сульфитные щелока).
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 44 из 103
Крахмалосодержащее сырьё разваривают и подвергают осахариванию. Источником
амилолитических ферментов служит солодовое молоко, изготовляемое из проросших
зёрен ячменя, или ферментный препарат из грибов рода Aspergillus.
В зерновом и грибном солоде кроме амилаз содержатся протеолитические ферменты,
вызывающие частичное превращение белков затора в растворимые азотосодержащие
вещества. В результате получается жидкий сахаристый субстрат - сусло.
В полученное сусло вносят дрожжи, чаще всего применяют расы Saccharomyces
cerevisiae, которые обладают высокой энергией брожения.
По окончании брожения дрожжи отделяют от сброженных заторов, а спирт отгоняют на
специальных перегонных аппаратах. Получается спирт-сырец и остаётся отход
производства – барда, которую используют для получения кормовых дрожжей.
Спирт-сырец используют как для технических целей, так и для дальнейшей очистки ретефикации.
Для получения технического спирта используют гидролизаты древесины и другие
отходы целлюлозно-бумажной промышленности. В настоящее время технический спирт
получают также синтетическим путем - из побочных продуктов переработки нефти
(этилена).
В производстве пива основным сырьем является ячменный солод. Из солода, воды и
хмеля готовят пивное сусло, сусло подвергают брожению специальными видами
(расами) пивных дрожжей. Это хлопьевидные дрожжи низового брожения. В процессе
получения пива два периода брожения – главное ( при температуре 6-10 °C дрожжи
активно размножаются и интенсивно сбраживают сахар) и дображивание (сливают с
дрожжевого осадка и оставляют при температуре около 1°C).
Созревшее пиво осветляют, а дрожжи удаляют путём фильтрования или
центрифугирования и направляют на розлив.
В производстве вин исходным материалом служат виноградный и плодово-ягодные
соки. Все соки являются хорошей питательной средой для микроорганизмов. Соки
сульфитируют (обрабатывают SO2), а затем подвергают брожению. Применяются
специальные расы дрожжей для получения разных сортов вин
&&&
Пропионово-кислое брожение
Пропионово-кислое
брожение
вызывается
пропионово-кислыми
бактериями,
относящимися к роду Propionibacterium. Единственным источником энергии для них
является процесс сбраживания разнообразных веществ – моносахаридов (гексоз и
пентоз), молочной или яблочной кислоты, глицерина и других, которые превращаются в
пропионовую и уксусную кислоты, диоксид углерода и воду. Они широко представлены
в молочных продуктах, в почве.
Пропионово-кислые бактерии родственны по ряду свойств гетероферментативными
молочнокислыми бактериями и часто развиваются совместно с ними.
Пропионово-кислые бактерии – это небольшие, неподвижные палочки, слегка
искривлённые, не образующие спор, грамположительные, факультативные анаэробы.
Они, как и молочнокислые бактерии, не встречаются в почве и водоёмах. Обитают в
основном в кишечном тракте жвачных животных, а также в молоке.
Практическое использование пропионово-кислого брожения. Оно используется для
получения сыров в молочно-сыродельных производствах. Вначале казеин молока
$$$002-010-002$3.2.10.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 45 из 103
подвергают коагуляции под действием сычужного фермента, выделяемого из желудка
жвачных животных. Затем сгустки отделяют от сыворотки, прессуют, выдерживают в
растворе соли и оставляют для созревания.
В первую фазу созревания в сгустке казеина протекает молочнокислое брожение, при
этом лактоза превращается в молочную кислоту. Затем наступает вторая фаза созревания
сыров – пропионово-кислое брожение, когда сбраживается образовавшаяся молочная
кислота. В результате образуются летучие кислоты – уксусная и пропионовая,
придающие сырам кисловато-острый вкус, а выделяющийся в виде пузырьков диоксид
углерода образует «глазки» в сыре. Производство сыра продолжается 2-3 месяца
минимум, лучшие сорта выдерживаются почти до года. На больших сыродельческих
предприятиях вместо самопроизвольного созревания сыра при участии естественной
микрофлоры молока применяют специальные закваски, иногда с введением
мицелиальных грибов, например P.roqueforti при производстве сыра «Рокфор».
У пропионово-кислых бактерий обнаружена способность к активному синтезу витамина
В12, который накапливается внутри клеток. Эта особенность используется для
промышленного получения витамина В12 на отходах производства (молочной сыворотке
и др.) с добавлением кукурузного экстракта в качестве витаминов.
Пропионовую кислоту используют при хранении зерна и хлеба. В концентрации 0,5%
она задерживает рост плесневелых грибов.
Зерно, обработанное слабым раствором пропионовой кислоты, не плесневеет даже при
повышенной влажности. Пропионовая кислота предотвращает плесневение хлеба. Её
вводят в хлеб вместе с тестом, для чего сначала готовят заквасочную культуру, в
которую входят Propionibact. acidopronionici и Lactobact. brevis. Через трое суток
культивирования закваски накапливается небольшое количество пропионовой, уксусной
и молочной кислот. Эту закваску вносят в тесто. Она придаёт хлебу нежно-кислый вкус и
предотвращает его плесневение.
&&&
$$$002-010-100$Лекция №10.Вопросы для самоконтроля
1. Возбудители спиртового брожения
2. Факторы, влияющие на спиртовое брожение
3. Сырье для производства этилового спирта
&&&
Разложение жира и жирных кислот. Разрушение. Гниение.
Возбудители, условия.
1.Введение
2. Гниение. Возбудители. Условия, химизм. Практическое значение
$$$002-011-000$3.2.11 Лекция №11.
&&&
Введение
Естественные жиры и жирные масла растительного и животного происхождения
представляют собой твёрдые и полутвёрдые (жиры) или жидкие (масла)
триглицериновые смеси. Животные жиры, кроме жиров морских животных и молочного
жира, состоят из насыщенных высших жирных кислот: пальмитиновой и стеариновой, а
растительные масла содержат ненасыщенные жирные кислоты: масляную, линолевую,
линоленовую.
$$$002-011-001$3.2.11.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 46 из 103
По сравнению со многими другими пищевыми продуктами чистые жиры и масла
значительнее подвержены порче в результате химических превращений, чем в результате
жизнедеятельности организмов. Это связано с тем, что микроорганизмы содержат
недостаточное количество ферментов, расщепляющих жиры. В чистых жирах и маслах
отсутствует вода, жизненно необходимая микроорганизмам, мало и минеральных
питательных веществ. Несмотря на это, в свином жире, содержащем всего 0,3% воды,
встречаются липофильные бактерии, образующие липазы, микрококки и споры Asp.
niger.
Порча жиров ускоряется многими факторами: светом, кислородом влажностью. В
процессах ферментативного расщепления жиров могут участвовать не только
микроорганизмы, разрушающие жиры, но и ферменты, содержащиеся в сами пищевых
продуктах. Испорченные жиры и масла называют прогорклыми. Из-за неприятного
запаха и вкуса они непригодны для питания людей. Прогорклость жира вызывается
окислительными и гидролитическими процессами, которые чаще всего протекают
одновременно. Главной причиной прогорклости является окисление ненасыщенных
жирных кислот под действием липоксигеназ , что ведёт к образованию альдегидов и
кетонов. Кислотная прогорклость происходит из-за гидролитического расщепления
триглицеридов с освобождением жирных кислот. Низкомолекулярные жирные кислоты,
например масляная кислота, которая содержится в большом количестве в маслах,
является дуронопахнущей водорастворимой жидкостью с острым вкусом.
Глицерин, накапливаемый в жирах при полном их ферментативном гидролизе
микроорганизмами, хорошо используется и потребляется бактериями.
Трудно расщепляемые жирные кислоты, освобождающиеся при разложении жира,
переходят в субстрат, накапливаются и подвергаются дальнейшим превращениям.
Жирные кислоты, имеющие среднюю длину цепей с 4-12 атомами углерода, могут
расщеплять бактериями и гифомицетами до метилкетонов, которые интенсивно
воздействуют на органы чувств, так как они ответственны за неприятный запах и вкус
прогорклых продуктов. Метилкетоны могут превращаться с помощью редуктаз грибов
во вторичные спирты.
Витамин Е и другие антиоксиданты могут препятствовать окислению жиров. Порча
фосфатидсодержащих пищевых продуктов происходит в результате гадролиза с
образованием 3-метиламинаN(CH3) 3 , из которого путём окисления получается окись 3метиламина, придающая характерный привкус рыбе.
В прогорклых жирах и маслах также встречаются моно- и диглицериды , окси- и
гидрооксижирные кислоты, вторичные спирты и лактоны.
Прогорклость воспринимается органами чувств человека как весьма неприятное
свойство продукта. Даже незначительное содержание прогорклого жира может привести
к невозможности потребления содержащих эти жиры пищевых продуктов. Например,
прогорклое кокосовое масло, добавленное даже в очень малых количествах в
выпекаемые изделия, отрицательно сказывается на вкусовых качествах готового
продукта. Некоторые разрушающие жиры микроорганизмы (кокки, споровые бактерии,
гифомицеты) образуют жёлтые, красные или коричневые жирорастворимые пигменты
(красящие вещества), которые путём диффузии попадают в пищевой продукт и
вызывают нежелательное окрашивание его.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 47 из 103
Возбудителями процессов разложения жира и жирных кислот являются разные бактерии
и плесневелые грибы. Среди бактерий к возбудителям процессов разложения относятся
роды Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Serratia, Proteus и Achromobacter. Все эти
бактерии, кроме липаз, синтезируют и другие ферменты, расщепляющие белки и
углеводы, поэтому они встречаются во многих пищевых продуктах. Психрофильные
роды Pseudomonas и Achromobacter являются причиной порчи пищевых продуктов,
содержащих жиры.
Из плесневелых грибов значительной липолитической активностью обладают виды
Odium lactis , Cladosporium herbarum , Candida lipolitica, Aspergillus, Penicillium, Fusarium
и другие. Так как они менее требовательны к влажности, чем другие плесневелые грибы,
они играют большую роль при разрушении жиров и масел, а также пищевых продуктов с
большим содержанием жиров, таких, как орехи, майонезы, хлебобулочные изделия,
масличные семена и другие, нанося большой ущерб.
Для повышения стойкости продукта к прогорканию, особенно при длительном хранении,
используют холод. Для маргаринов разработаны специальные пастеризационные
установки. В майонезы, которые особенно легко разрушаются бактериями, дрожжами
гифомицетами, допускается в ограниченном количестве добавление химических
консервантов ( бензойной кислоты и её дериватов). Благоприятные условия создаёт
герметичная упаковка, так как разрушающие жир микроорганизмы являются в основном
аэробами.
&&&
Гниение. Возбудители. Условия, химизм. Практическое значение
Азот – один из важнейших элементов на Земле – входит в состав белков и нуклеиновых
кислот, его много в составе атмосферы, в виде органических и минеральных соединений
азот находится в почве и воде.
В превращениях азота в круговороте веществ в природе большую роль играют
микроорганизмы.
Как и другие высокомолекулярные соединения, белки сначала расщепляются
экзопротеазами микроорганизмов на фрагменты – поли- и олигопептиды, аминокислоты,
которые могут проникать внутрь клетки. Например, пептиды, попавшие внутрь клетки,
могут гидролизоваться эндоферментами до аминокислот и затем использоваться клеткой
для синтеза собственных белков или подвергаться дальнейшим изменениям и
вовлекаться в обмен веществ.
Распад белков сопровождается выделением аммиака, поэтому этот распад называют ещё
минерализацией азота, или аммонификацией, или гниением. Гниение – процесс
разложения белковых веществ, вызываемый гнилостными бактериями и сапротрофными
грибами с образованием дурнопахнущих конечных продуктов – аммиака и первичных
аминов.
Образовавшиеся аминокислоты подвергаются декарбоксилированию, дезаминированию
и трансаминированию.
Декарбоксилирование аминокислот происходит в кислой среде и приводит к
образованию СО2 и первичных аминов , которые ещё называют биогенными аминами. Из
них наиболее известны кадаверин, путресцин и агматин. Их ещё называют трупными
ядами. Кадаверин образуется из лизина, путресцин – из орнитина, агматин – из аргинина.
$$$002-011-002$3.2.11.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 48 из 103
Дезаминирование – процесс отщепления аммиака от аминокислоты. В зависимости от
дальнейших превращений углеродного «скелета» аминокислоты различают
окислительное
и
гидролитическое
дезаминирование
и
дезаминирование,
заканчивающееся образованием ненасыщенных соединений.
Окислительное дезаминирование – наиболее распространённых тип распада
аминокислот, при котором образуются кетокислоты и аммиак. Например, глутаминовая
кислота дезаминируется ферментом глутаматдегидрогеназой до 2-оксоглутаровой
кислоты. Реакция обратима, поэтому играет важнейшую роль в обмене аминокислот.
Гидролитическое дезаминирование приводит к образованию оксикислот и аммиака.
Гидролитическому расщеплению подвергается мочевина под влиянием фермента уреазы,
который является конститутивным у следующих бактерий: Bacillus pasteurii , Proteus
vulgaris и других, расщепляющих всю мочевину до аммиака.
Трансаминирование сопровождается переносом аминогруппы аминокислоты на 2оксикислоту, при этом образуются аминокислоты, которые не могут быть синтезированы
путём прямого аминирования аммиаком.
Дальнейшие превращения углеродного «скелета» у разных аминокислот различны.
Образуется много разных органических кислот, спиртов и др. Такие продукты
дезаминирования, как пировиноградная, щавелевоуксусная , 2-оксоглутаровая кислоты
являются одновременно и промежуточными продуктами центральных путей
катаболизма. Другие соединения через специальные катаболитические пути вовлекаются
в промежуточный обмен.
При разложении некоторых аминокислот образуются такие промежуточные продукты,
как фенол, крезол, скамол, индол, которые обладают очень неприятным запахом. При
распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные –
меркаптаны с запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых
концентрациях.
Дальнейшие превращения азотистых и без азотистых веществ, получающихся при
распаде аминокислот, зависят от окружающих условий и состава микрофлоры.
Анаэробные микроорганизмы окисляют аминокислоты с накоплением промежуточных
соединений в виде органических кислот, аминов и других, в числе которых могут быть
вещества, обладающие ядовитыми свойствами, а также вещества, придающие гниющему
материалу отвратительный запах.
Микроорганизмы – возбудители гниения. Аммонификация Полковых соединений
является первым микробиологическим процессом по превращению азотистых
соединений в природе, который протекает при температуре не ниже 100С и определённой
влажности. Аммонификация осуществляется разными микроорганизмами: аэробными,
факультативно-анаэробными и анаэробными.
Аэробные микроорганизмы окисляют азотосодержащие вещества до полной
минерализации, конечными продуктами которой являются аммиак, СО2 , Н2О,
сероводород и другие.
Виды анаэробных бактерий:
Bacillus mycoides - палочковидная, спорообразующая, грамположительная, подвижная
(перитрих) бактерия, образующая споры овальной формы. Колонии на агаризованной
среде напоминают мицелий, поэтому и названа mycoides, что означает грибовидный.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 49 из 103
Bacillus mesentericus – палочковидная грамположительная, подвижная бактерия,
образующая овальные споры. На агаризованной среде образует сухие матовые
складчатые колонии.
Bacillus subtilis – широко распространённая энергичная перитрих гнилостная бактерия,
образующая овальные споры. Окрашивается по Граму положительно. На агаризованной
среде образует сухие складчатые непрозрачные колонии.
Bacillus megaterium – грамположительная, слабо подвижная бактерия, образующая
споры. На агаризованной среде образует блестящие колонии с волокнистобахромчатыми краями.
Serratia marcescens – подвижная бактерия, образующая кроваво-красный пигмент. На
агаризованной среде колонии напоминают округлые кровавые пятна с ровными краями,
приподнятыми в центре, слизистой консистенции.
К факультативно-анаэробным микроорганизмам относятся Proteus vulgaris и E.coli.
Proteus vulgaris – очень полиморфная подвижная палочка, резко изменяющая форму и
размеры на питательной среде. По Граму не окрашивается. Во время роста может
перемещаться по наклонной поверхности плотной питательной среды.
E.coli – грамотрицательная подвижная кишечная палочка. Встречаются и неподвижные
штаммы. Основное местонахождение – кишечник человека и животных, откуда попадает
в почву и водоёмы. Принимает активное участие в разложении белка.
К анаэробным микроорганизмам относятся Clostridium putrificum и Clostridium
sporogenes.
Clostridium putrificum – небольшая спорообразующая клостридия, по форме
напоминающая барабанную палочку. Является одним из наиболее распространённых
возбудителей анаэробного разложения белков. Образует большое количество газов.
Clostridium sporogenes – мелкая клостридия с центральным расположением споры.
Обладает сильными протеолитическими свойствами. На средах с белком образует
аммиак и другие продукты разложения.
Кроме бацилл и бактерий белок разлагают актиномицеты и грибы, но
аммонифицирующая способность их ниже и выражена в разной степени.
Разложение белков актиномицетами и грибами происходит под действием
экзоферментов, выделяемых во внешнюю среду.
Кроме белков эти микроорганизмы способны разлагать пектиновые вещества,
полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы.
Они являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов: мяса, мясопродуктов,
рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и других продуктов. Но эти микроорганизмы
играют большую положительную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя
белковые вещества, попадающие в почву и воду.
Для предохранения продуктов питания от гниения применяют стерилизацию, засолку,
копчение, замораживание и др. Однако среди гнилостных бактерий есть спороносные,
галофильные и психрофильные формы, формы, вызывающие порчу засоленных или
замороженных продуктов.
&&&
$$$002-011-100$Лекция №11.Вопросы для самоконтроля
1. Какие органические вещества называются липидами?
2. Какие химические компоненты входят в состав фосфатидов?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 50 из 103
3. Напишите схему реакций, ускоряемых пептидилтрансферазой
при биосинтезе трипептидного фрагмента белка: -фмет-гли-вал.
4.Полипептидная цепь миоглобина содержит 153 аминокислотных остатка. Рассчитайте,
сколько нуклеотидов в информативном участке мРНК миоглобина
&&&
Значение в процессах порчи пищевых продуктов
1. Понятие о процессах порчи пищевых продуктов
2. Гидролитические процессы в продуктах.
$$$002-012-000$3.2.12 Лекция №12.
&&&
Понятие о процессах порчи пищевых продуктов
Важнейшим параметром пищевых продуктов является их качество, под которым
понимают совокупность свойств продукта, обеспечивающих потребности организма
человека в пищевых веществах, органолептические характеристики продукта,
безопасность его для здоровья потребителя, надёжность в отношении стабильности
состава и сохранения потребительских свойств. Важным показателем, относящимся к
понятию качества пищевых продуктов, включая степень обеспечения физиологических
потребностей человека в основных пищевых веществах и энергии. Пищевая ценность
определяется химическим составом пищевого продукта с учётом его потребления в
общепринятых количествах.
Основная причина порчи пищевых продуктов и большинства случаев пищевых
заболеваний — это деятельность микроорганизмов. Микробиологическая порча является
главной проблемой так называемых «портящихся продуктов» — свежих фруктов,
овощей, мяса, птицы, хлебобулочных изделий, молока и соков. К микроорганизмам,
способным вызывать порчу пищевых продуктов, относятся бактерии, грибы (плесени и
дрожжи), вирусы и микопаразиты. Рост большинства микроорганизмов можно
предотвратить или замедлить посредством контроля их начального содержания,
контроля температуры хранения, снижения активности воды и рН, применения
консервантов
и
использования
соответствующей
упаковки.
Продукты
жизнедеятельности микроорганизмов являются причиной порчи пищевых продуктов, а
некоторые из них при употреблении испорченных продуктов в пищу могут стать
причиной тяжелых заболеваний и даже летального исхода. Менее серьёзные случаи
порчи могут проявляться в ухудшении цвета, вкуса и аромата продукта до такой степени,
что он становится неприемлемым. Тем не менее, не все микроорганизмы и продукты их
жизнедеятельности являются нежелательными. Некоторые из них полезны и
используются в пищевых технологиях — в частности, при производстве сыра, вина,
пива, мясопродуктов и др.Существует множество видов бактерий, способных
размножаться и вызывать порчу различных пищевых продуктов. Бактерии, способные
вызывать пищевые заболевания, включают
Многие виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов, но не являются
болезнетворными. В качестве защитного механизма для выживания в неблагоприятных
условиях некоторые бактерии способны образовывать споры. Дрожжи могут вызывать
порчу пищевых продуктов, но могут также использоваться в различных процессах
брожения. Скрытое нарушение состава и свойств пищевых продуктов в результате
замены части продукта другим, ведущее к изменению его пищевой ценности (без ведома
$$$002-012-001$3.2.12.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 51 из 103
потребителя), а также применение приёмов обработки, маскирующих порчу или иные
дефекты продукта, называется фальсификацией пищевых продуктов.
Биохимические процессы в пищевых продуктах происходят под действием ферментов,
активность, которых зависит от природы самих продуктов и условий их хранения.
К наиболее важным биохимическим изменениям относятся процессы дыхания и
гидролитические.
Дыхание. Обуславливается главным образом деятельностью оксидоредуктаз.В процессе
дыхания,протекающим в плодах,овощах,зерне,яйцах в результате окислительных
процессов,происходит потеря органических веществ,что вызывает наряду с испарением
влаги убыль массы продуктов.
Характер дыхания продуктов можно определить по так называемому дыхательному
коэффициенту,т.е. отношению объёма выделенного углекислого газа к объёму
поглощенного кислорода.
&&&
Гидролитические процессы в продуктах.
Вызывается действием ферментов гидролиз.Они протекают во многих пищевых
продуктах и могут влиять положительно или отрицательно на качество товара. В живых
растительных и животных организмах многочисленные ферментативные реакции
обратимы.
После смерти организма они смещаются в сторону расщепления веществ. Посмертные
изменения, которые протекают мяса и рыбы под действием тканевых ферментовавтолизом.
Реакции гидролиза наблюдаются при дозревании плодов,при этом крахмал превращается
в сахар,часть протопектина переходит в пектин,в результате чего созревшие плоды
становятся более сладкими и мягкими.
При хранении зерна и муки происходит фосфоролиз углеводов и образование из
крахмала сахаров, которые положительно влияют на хлебопекарные свойства муки.
$$$002-012-002$3.2.12.2
&&&
$$$002-012-100$Лекция №12.Вопросы для самоконтроля
1. Факторы, ускоряющие порча жиров
2. Возбудители процессов разложения
3. Дезаминирование
&&&
Биологическая ценность белков
4. Азотистый баланс
5. Полноценность белкового питания
6. Питательная ценность
$$$002-013-000$3.2.13 Лекция №13.
&&&
Азотистый баланс
Аминокислоты (свободные и в составе белков) содержат почти 95% всего азота, поэтому
именно они поддерживают азотистый баланс организма. Азотистый баланс - разница
между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота
(преимущественно в виде мочевины и аммонийных солей). Если количество
поступающего азота равно количеству выделяемого, то наступает азотистое равновесие.
$$$002-013-001$3.2.13.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 52 из 103
Такое состояние бывает у здорового человека при нормальном питании. Азотистый
баланс может быть положительным (азота поступает больше, чем выводится) у детей, а
также у пациентов, выздоравливающих после тяжёлых болезней. Отрицательный
азотистый баланс (выделение азота преобладает над его поступлением) наблюдают при
старении, голодании и во время тяжёлых заболеваний.
При безбелковой диете азотистый баланс становится отрицательным. Соблюдение
подобной диеты в течение недели приводит к тому, что количество выделяемого азота
перестаёт увеличиваться и стабилизируется примерно на величине 4 г/сут. Такое
количество азота содержится в 25 г белка. Значит, при белковом голодании в сутки в
организме расходуется около 25 г собственных белков тканей. Минимальное количество
белков в пище, необходимое для поддержания азотистого равновесия, соответствует 3050 г/cyt, оптимальное же количество при средней физической нагрузке составляет ∼100120 г/сут.
&&&
Полноценность белкового питания
В ходе эволюции человек утратил способность синтезировать почти половину из
двадцати аминокислот, входящих в состав белков. К их числу относят те аминокислоты,
синтез которых включает много стадий и требует большого количества ферментов,
кодируемых многими генами. Следовательно, те аминокислоты, синтез которых сложен
и неэкономичен для организма, очевидно, выгоднее получать с пищей. Такие
аминокислоты называют незаменимыми. К ним относят фенилаланин, метионин,
треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин.
Две аминокислоты - аргинин и гистидин - у взрослых образуются в достаточных
количествах, однако детям для нормального роста организма необходимо
дополнительное поступление этих аминокислот с пищей. Поэтому их называют частично
заменимыми. Две другие аминокислоты - тирозин и цистеин - условно заменимые, так
как для их синтеза необходимы незаменимые аминокислоты. Тирозин синтезируется из
фенилаланина, а для образования цистеина необходим атом серы метионина.
Остальные аминокислоты легко синтезируются в клетках и называются заменимыми. К
ним относят глицин, аспарагиновую кислоту, аспарагин, глутаминовую кислоту,
глутамин, серии, пролин, аланин.
Как было показано выше, основным источником аминокислот для клеток организма
являются белки пищи. В различных пищевых продуктах содержание белка колеблется в
широких пределах (табл. 1).
$$$002-013-002$3.2.13.2
Таблица 1. Количество белка в некоторых пищевых продуктах
Название продукта
Содержание белка, %
Мясо
18-22
Рыба
17-20
Сыр
20-36
Молоко
3,5
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Рис
8,0
Горох
26
Соя
35
Картофель
1,5-2,0
Капуста
1,1-1,6
Морковь
0,8-1,0
Яблоки
0,3-0,4
Стр. 53 из 103
Из таблицы видно, что распространённые продукты растительного происхождения
содержат мало белка (кроме гороха и сои). Наиболее богаты белками продукты
животного происхождения (мясо, рыба, сыр). Белки не являются незаменимыми
пищевыми факторами, они являются источниками содержащихся в них незаменимых
аминокислот, необходимых для нормального питания.
&&&
Питательная ценность
Питательная ценность белка зависит от его аминокислотного состава и способности
усваиваться организмом. Белки значительно различаются по аминокислотному составу.
Некоторые их них содержат полный набор незаменимых аминокислот в оптимальных
соотношениях, другие не содержат одной или нескольких незаменимых аминокислот.
Растительные белки, особенно пшеницы и других злаковых, полностью не
перевариваются, так как защищены оболочкой, состоящей из целлюлозы и других
полисахаридов, которые не гидролизуются пищеварительными ферментами. Некоторые
белки по аминокислотному составу близки к белкам тела человека, но не используются в
качестве пищевых, так как имеют фибриллярное строение, малорастворимы и не
расщепляются протеазами ЖКТ. К ним относят белки волос, шерсти, перьев и другие.
Если белок содержит все незаменимые аминокислоты в необходимых пропорциях и
легко подвергается действию протеаз, то биологическая ценность такого белка условно
принимается за 100, и он считается полноценным. К таким относят белки яиц и молока.
Белки мяса говядины имеют биологическую ценность 98. Растительные белки по
биологической ценности уступают животным, так как труднее перевариваются и бедны
лизином, метионином и триптофаном. Однако при определённой комбинации
растительных белков организм можно обеспечить полной и сбалансированной смесью
аминокислот. Так, белки кукурузы (биологическая ценность - 36) содержат мало лизина,
но достаточное количество триптофана. А белки бобов богаты лизином, но содержат
мало триптофана. Каждый из этих белков в отдельности является неполноценным.
Однако смесь бобов и кукурузы содержит необходимое человеку количество
незаменимых аминокислот.
Нормы белка в питании
Для поддержания азотистого равновесия достаточно употреблять 30-50 г белков в сутки.
Однако такое количество не обеспечивает сохранения работоспособности и здоровья
человека. Принятые нормы белкового питания для взрослых и детей учитывают
$$$002-013-002$3.2.13.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 54 из 103
климатические условия, профессию, условия труда и другие факторы. Взрослый человек
при средней физической нагрузке должен получать 100-120 г белков в сутки. При
тяжёлой физической работе эта норма увеличивается до 130-150 г. Детям до 12 лет
достаточно 50-70 г белков в сутки. При этом подразумевается, что в пишу входят
разнообразные белки животного и растительного происхождения.
Белковая недостаточность
Известно, что даже длительное исключение из рациона человека жиров или углеводов не
вызывает тяжёлых расстройств здоровья. Однако безбелковое питание (особенно
продолжительное) вызывает серьёзные нарушения обмена и неизбежно заканчивается
гибелью организма. Исключение даже одной незаменимой аминокислоты из пищевого
рациона ведёт к неполному усвоению других аминокислот и сопровождается развитием
отрицательного азотистого баланса, истощением, остановкой роста и нарушениями
функций нервной системы.
Конкретные проявления недостаточности одной из аминокислот были выявлены у крыс,
которым скармливали белки, лишённые определённой аминокислоты. Так, при
отсутствии цистеина (или цистина) возникал острый некроз печени, гистидина катаракта; отсутствие метионина приводило к анемии, ожирению и циррозу печени,
облысению и геморрагии в почках. Исключение лизина из рациона молодых крыс
сопровождалось анемией и внезапной гибелью (этот синдром отсутствовал у взрослых
животных).
Недостаточность белкового питания приводит к заболеванию, получившему в
Центральной Африке название "квашиоркор", что в переводе означает "золотой (или
красный) мальчик". В настоящее время это название часто используют и в других частях
света при сходных симптомах. Заболевание развивается у детей, которые лишены молока
и других животных белков, а питаются исключительно растительной пищей,
включающей бананы, таро, просо и, чаще всего, кукурузу. Квашиоркор характеризуется
задержкой роста, анемией, гипопротеинемией (часто сопровождающейся отёками),
жировым перерождением печени. У лиц негроидной расы волосы приобретают краснокоричневый оттенок. Часто это заболевание сопровождается атрофией клеток
поджелудочной железы. В результате нарушается секреция панкреатических ферментов
и не усваивается даже то небольшое количество белков, которое поступает с пищей.
Происходит поражение почек, вследствие чего резко увеличивается экскреция
свободных аминокислот с мочой. Без лечения смертность детей составляет 50-90%. Даже
если дети выживают, длительная недостаточность белка приводит к необратимым
нарушениям не только физиологических функций, но и умственных способностей.
Заболевание исчезает при своевременном переводе больного на богатую белком диету,
включающую большие количества мясных и молочных продуктов. Один из путей
решения проблемы - добавление в пищу препаратов лизина.
&&&
$$$002-013-100$Лекция №13.Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Азотистое равновесие
Количество белка в некоторых пищевых продуктах
Нормы белка в питании
Белковая недостаточность
&&&
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
$$$002-014-000$3.2149 Лекция №14.
Редакция №
Стр. 55 из 103
Побочные пищевые производства
1.Общие понятия
2.Использование в технологии
&&&
Общие понятия
В процессе хранения отходы претерпевают значительное изменение по тем или
иным причинам: химическим, микробиологическим и технологическим. К
технологическим причинам относятся изменения химического и фазового состава, а
иногда и агрегатного состояния отхода в результате изменений качества сырья,
технологических режимов или видов, получаемых на данном производстве продуктов.
При этом происходит дифференциация отхода по глубине хранилища благодаря
аэробным и анаэробным химическим процессам между компонентами отхода, что
приводит к значительным изменениям фазового состава и свойств отхода. В конечном
счете отсутствие технологии утилизации или переработки отходов усугубляет
экологический вред, наносимый отходами, и со временем ущерб от них возрастает.
Назрела острая необходимость в сборе сведений о состоянии отходов с-х
перерабатывающих производств, оценке возможности использования отходов в качестве
объекта утилизации или переработки в другие вторичные продукты. Должна быть дана
оценка отхода или побочного продукта по химическому составу, как товарного продукта
с учетом затрат на хранение и подготовку его для производства определенных целевых
товаров. Знание точной специфики и показателей изменения состава отхода и его
свойств позволяет своевременно корректировать рецептуры, технологические режимы и
параметры тех производств, на которых отходы или побочные продукты предполагается
использовать в качестве основного сырья или добавки. Кроме того, в настоящее время
крайне скромно представлены методы использования отходов или побочных продуктов
по химическому составу и получения целевых товарных продуктов. Эти задачи должны
решать технологи. Биоконверсия побочных продуктов сельского хозяйства и
перерабатывающих производств может реально дать экологический эффект и
оздоровление природной среды. Формирование экологического мировоззрения
специалистов будет способствовать формированию нового подхода в решении
технических и технологических задач в области перерабатывающей промышленности.
Важной точкой отсчета в решении специалиста-технолога должно быть практическое
действие экологического характера, а не ―сиюминутная польза. В учебные программы
необходимо закладывать основы экологически чистых технологий, направленных на
оздоровление существую-щих производств и вновь проектируемых.
Безусловно создание новых технологий или модернизация старых должна
вписываться в природные циклы обмена веществ. Это требует знаний
самовосстановительных функций природных систем: почвы и водоемов, а так-же учения
о биогеоценозах в целом. Специалисты-технологи должны знать и уметь разрабатывать
безотходные технологии агропроизводств и перерабатывающей промышленности.
Отходы или побочные продукты чаще всего представлены сточными водами
разнообразного химического состава, от чего и зависит использование
биотехнологических методов их утилизации или переработки. В целом существуют
кадастры отходов различного формата широко использующиеся в промышленно- и
$$$002-014-001$3.2.14.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 56 из 103
социально-развитых странах. В блоке общей информации об отходе представлены код
отхода, наименование группы отходов, подгруппы и индивидуального отхода.
Многосторонняя характеристика отходов и источников их образования позволяет
создавать на предприятиях системы и структуры управления отходами, эффективные как
с производственной, так и с экономической точек зрения.
&&&
Использование в технологии
Существующие в мире технологии переработки органических отходов в
большинстве случаев не являются безотходными и экологически чистыми и требуют
больших затрат энергоресурсов. Альтернативой существующим методам может быть
биоконверсия органических отходов промышленного и сельскохозяйственного
производства. Сюда входят вермикультивирование и микробные биотехнологии,
благодаря которым получают ― биогумус и биомассу. Эти побочные продукты
используются в сельском хозяйстве как дешевые, экологически чистые удобрения и как
сырье или основу для приготовления биопрепаратов защитного и стимулирующего
действия. Реальными субстратами биоконверсии являются вторичные продукты
агропромышленных предприятий и сельского хозяйства в целом (послеспиртовая барда,
мо-лочная сыворотка, отходы хранения и переработки плодоовощного сырья,
растительные субстраты и т.п.).
Послеспиртовая барда, малоиспользуемая или вообще не используемая, после
фильтрации и микрофильтрациимембранными методами разделения позволяет получить
не только ценные белково-минеральные кормовые добавки, но и воду соответствующую
требованиям для слива или повторного использования. Масло – жиросодержащие
сточные воды предприятий. По производству растительных масел и майонеза после
флотационной очистки-успешно используются. Вторичное сырье – это не отходы, - это
материалы, которые после полного первоначального использования могут повторно
применяться в производстве как исходное сырье. Вторичным или побочным продуктом
можно, по-видимому, назвать любые белково-углеводные продукты после переработки
продовольственного сырья. Особенно много побочных продуктов образуется в пищевой
и перерабатывающей промышленности. Существуют технологии, позволяющие
полностью переработать непищевые отходы убоя (кости, мясокостные остатки, перо и
др.), а также инкубационные отходы в продукты с высокими кормовыми свойствами
(усвояемость до 90%). При этом отсутствуют вторичные отходы, стоки и неприятные
запахи. Смешивание отходов убоя с сухим растительным наполнителем (зерно-отходами,
шротами, отходами растениеводства и т.д.) позволяет сбалансировать питательные
свойства конечного продукта по содержанию протеина, жира и повысить усвояемость.
Предобработка
крахмалосодержащих
и
целлюлозных
материалов
амилоцеллюлозолитическими микроорганизмами или выделенными из них ферментами, с
последующим сбраживанием глюкозных единиц дрожжами, служит экономичным
способом получения этанола. На сегодня с помощью различных модификаций данного
метода достигают 50%-ного превращения сырья в низкомолекулярные сахара, особенно
глюкозу.
В целом растительная биомасса, состоящая в основном из фракций целлюлозы,
гемицеллюлозы и лигнина представляет собой важный энергетический и материальный
ресурс. Значительный энергетический потенциал, в виде метана, содержится в отходах
$$$002-014-002$3.2.14.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 57 из 103
животноводства и различных отраслях перерабатывающей промышленности.
Коэффициенты конверсии энергии в системах получения метана из органического
вещества с помощью микроорганизмов весьма высоки. Пахта, молочная сыворотка и
обезжиренное молоко являются важным вторичным молочным сырьем в производстве
пищевых продуктов. Это ценные, богатые белками побочные продукты производства
сыров, творога, ка-зеина и масла. В сыворотке содержится 50% сухих веществ молока, в
их числе тонко диспергированный молочный жир, растворимые азотистые соединения,
минеральные соли, ферменты, витамины, органические кислоты; более 70% сухого
вещества содержится лактозы. Продукты, полученные из сыворотки имеют диетическое
и лечебное значение. Сыворотка, общеизвестно, является не только источником
здоровья, но и инноваций. Незаменимые аминокислоты входят в широкий ассортимент
напитков и других продуктов на основе сыворотки (соусов, дрессингов, десертов и т.п.).
В настоящее время из молочной сыворотки вырабатывают около 30 видов различных
продуктов, включая белковые концентраты и продукты биологической обработки. В
сельском хозяйстве из сыворотки получают бактериальные закваски для силосования
кормов и другие лечебные продукты. Таким образом, развитие биотехнологии позволяет
использовать любые побочные продукты сельского хозяйства и пищевых производств.
Использование биологических организмов, систем или процессов в производственной
деятельности позволяет получать активные компоненты или вторичное сырье для
расширения числа и разнообразия новых продуктов. Для этого необходимы
квалифицированные многопрофильные кадры биотехнологов, способные конкурировать
в бурно развивающейся биоиндустрии и уменьшить технологическую зависимость
предприятий сельского хозяйства и промышленности.
&&&
$$$002-014-100$Лекция №14.Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Альтернативные существующие методы
Незаменимые аминокислоты
Что такое биогумус и биомасса
Биоконверсия побочных продуктов
&&&
Биохимические основы рационального питания
1.Основы биохимии
2.Исследование в сфере питания
$$$002-015-000$3.2.15 Лекция №15.
&&&
Основы биохимии
В проблеме питания можно выделить три взаимосвязанных раздела: рациональное
питание, лечебное и лечебно-профилактическое. Основой является так называемое
рациональное питание, так как оно строится с учетом потребностей здорового человека,
в зависимости от возраста, профессии, климатических и др. условий. Основа
рационального питания - сбалансированность и правильный режим питания.
Рациональное питание является средством нормализации состояния организма и
поддержания его высокой трудоспособности.
С пищей в организм человека поступают углеводы, белки, жиры, аминокислоты,
витамины, минеральные вещества. Потребность в этих веществах различна и
определяется физиологическим состоянием организма. Растущий организм нуждается в
$$$002-015-001$3.2.15.1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 58 из 103
большем количестве пищи. Человек, занимающийся спортом или физическим трудом,
расходует большое количество энергии, а поэтому также нуждается в большем
количестве пищи, чем человек малоподвижный.
В питании человека количество белков, жиров и углеводов должно быть в
соотношении 1:1:4, т. е. необходимо на 1 г белка .употреблять 1 г жира и 4 г углеводов.
Белки должны обеспечивать около 14% калорийности суточного рациона, жиры около
31%, а углеводы около 55%.
На современном этапе развития науки о питании недостаточно исходить только из
общего потребления пищевых веществ. Весьма важно установить удельный вес в
питании незаменимых компонентов пищи (незаменимых аминокислот, ненасыщенных
жирных кислот, витаминов, минеральных веществ и др.). Современное учение о
потребностях человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного
питания. Согласно этой концепции, обеспечение нормальной жизнедеятельности
возможно не только при условии снабжения организма адекватным количеством энергии
и белка, но и при соблюдении достаточно сложных взаимоотношений между
многочисленными незаменимыми факторами питания, способными проявлять в
организме максимум своего полезного биологического действия. В основе закона
сбалансированного питания лежат представления о количественных и качественных
аспектах процессов ассимиляции пищи в организме, т. е. вся сумма обменных
энзиматических реакций.
&&&
Исследование в сфере питания
В Институте питания разработаны средние данные о величинах потребности
взрослого человека в пищевых веществах. Главным образом, в определении
оптимальных соотношений отдельных пищевых веществ именно такое соотношение
пищевых веществ необходимо в среднем для поддержания нормальной
жизнедеятельности взрослого человека. Поэтому при подготовке общих рационов
питания и оценке отдельных продуктов необходимо ориентироваться на данные
соотношения. Важно помнить, что вредна не только недостаточность отдельных
эссенциальных факторов, но опасен и их избыток. Причина токсичности избытка
незаменимых пищевых веществ, вероятно, связана с разбалансированностью рациона
питания, которое в свою очередь приводит к нарушению биохимического гомеостаза
(постоянства состава и свойств внутренней среды) организма, к нарушению клеточного
питания.
Приведенная сбалансированность питания вряд ли может быть перенесена без
изменения в структуру питания людей, находящихся в различных условиях труда и быта,
людей различного возраста и пола и т. п. Исходя из того, что в основе различий в
потребностях в энергии и пищевых веществах лежат особенности протекания обменных
процессов и их гормональной и нервной регуляции, необходимо для лиц различного
возраста и пола, а также для лиц со значительными отклонениями от средних
показателей нормального энзиматического статуса в обычное представление формулы
сбалансированного питания внести определенные корректировки.
Институтом питания предложены нормативы для расчета оптимальных рационов
питания населения нашей страны.
$$$002-015-002$3.2.15.2
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 59 из 103
Эти рационы дифференцированы относительно трех климатических зон: северной,
центральной и южной. Однако последние научные данные говорят о том, что такое
деление сегодня не может удовлетворять. Последние исследования показали, что в
пределах нашей страны Север необходимо делить на две зоны: европейский и азиатский.
Эти зоны между собой существенно отличаются по климатическим условиям. В
институте клинической и экспериментальной медицины (г. Новосибирск) в результате
длительных исследований показано, что в условиях азиатского Севера перестраивается
обмен белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов, в связи с чем
возникает необходимость уточнения норм питания человека с учетом сдвигов в обмене
веществ. В настоящее время в широких масштабах ведутся исследования в области
рационализации питания населения Сибири и Дальнего Востока. Первостепенная роль в
изучении этого вопроса отводится биохимическим исследованиям.
&&&
$$$002-015-100$Лекция №15 Вопросы для самоконтроля
1. Проблемы питания
2. Сбалансированность питания
3. Климатические особенности питания
&&&
$$$004-000-000$3.4 Лабораторный практикум
&&&
$$$004-001-000$3.4.1 Тема лабораторного занятия №1.
Определение активности каталазы
&&&
$$$004-001-001$3.4.1.1 Методические указания к лабораторному занятию №1
Каталаза относится к первому классу ферментов (оксидоредуктаз) и катализирует
реакцию разложения перекиси водорода на воду и кислород по уравнению:
Каталаза играет важную роль в жизнедеятельности организмов, так как она
разрушает ядовитую для клеток перекись водорода, образующуюся в процессе дыхания.
Количественное определение каталазы основано на учете перекиси водорода
путем титрования ее перманганатом калия. Реакция идет по уравнению:
2KMnO4 + 5H2O2 + 4H2SO4 → 2KHSO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2
О количестве перекиси водорода, разрушенной ферментом, судят по разности
количеств 0,1 моль/дм3 раствора КМnО4, израсходованных на титрование в контрольном
и рабочем опытах.
Испытуемый материал: солод (проросшее зерно)
Реактивы: раствор перекиси водорода ω (H2O2) = 1 %
раствор серной кислоты ω (H2SO4) = 10 %
раствор перманганата калия С (1/5 KMnO4) = 0,1 моль/дм3
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 60 из 103
5 г испытуемого материала настаивают при комнатной температуре в течение 30
минут со 100 см3 воды, периодически перемешивая содержимое колбы. После
настаивания жидкость отфильтровывают через сухой складчатый фильтр и из
прозрачного раствора отбирают пипеткой две порции по 20 см3 (одна опытная и одна
контрольная) и переносят каждую в отдельную коническую колбу на 200 см3.
Контрольную кипятят 3 мин для инактивации фермента.
К опытной и контрольной пробам прибавляют по 20 см3 дистиллированной воды,
по 4 см3 перекиси водорода, и оставляют на 20 мин при комнатной температуре для
действия фермента. По истечении 20 мин к пробам прибавляют по 5 см3 серной кислоты,
и оставшуюся (не разложившуюся) перекись водорода титруют раствором перманганата
калия.
Активность каталазы выражают в микромолях перекиси водорода,
разложившейся под действием фермента за 1 мин в расчете на 1 г исследуемого
материала.
Активность каталазы определяют по формуле:
(ka − kb) ⋅ 100 ⋅ 50
X=
,
P ⋅ 20 ⋅ 20
где Х – активность каталазы;
а - количество 0,1 моль/дм3 раствора KMnO4, израсходованного на
титрование контрольного раствора, см3;
b - количество 0,1 моль/дм3 раствора KMnO4, израсходованного на
титрование опытного раствора, см3;
К – поправка к титру;
100 – общий объем экстракта, см3;
50 – коэффициент пересчета на микромоли H2O2 ;
20 – объем ферментного раствора, см3;
20 – время ферментативной реакции, мин;
Р - навеска испытуемого материала, взятого для анализа, г.
&&&
$$$004-001-002$3.4.1.2 Задания для выполнения к занятию №1
1) Что представляют собой ферменты?
2) В чем заключается каталитическая функция ферментов?
3) Что такое энергия активации?
4) Объясните механизм ферментативного катализа.
&&&
$$$004-002-000$3.4.2 Тема лабораторного занятия №2.
Колориметрический метод определения
активности α- и β-амилазы
&&&
$$$004-002-001$3.4.2.1 Методические указания к лабораторному занятию №2
Под действием амилаз в растениях происходит гидролиз высокополимерного
углевода - крахмала - с образованием декстринов и мальтозы. В растениях встречаются α
- и β -амилазы.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 61 из 103
Раздельное количественное определение активности α - и β –амилаз основано на
их различной термостабильности: β -амилаза разрушается нагреванием до 70 °С, α амилаза при этом сохраняет свою активность.
Методы определения активности амилазы основаны либо на учете количества
сахара, образовавшегося при действии фермента на крахмал, либо на учете количества
нерасщепленного ферментом крахмала, которое определяют фотометрически после
обработки раствором иода.
Реактивы: ацетатный буфер с рН 5,5;
раствор хлорида натрия ω ( NаСl ) =1 %;
раствор крахмала ω = 10 % , (2 г крахмала, размешанного в 20 см холодной
воды, выливают в 80 см3 кипящей воды, после чего нагревают на кипящей водяной бане
до просветления раствора);
раствор соляной кислоты С(HCl) =1 моль/дм3
раствор соляной кислоты С(HCl) =0,1 моль/дм3
раствор йода ω = 0,3 % в 3 %-ном растворе йодистого калия.
Навеску 0,5 - 1 г муки или проростков растирают в ступке с небольшим
количеством 1 %-ного раствора NаСl и переносят в коническую колбу на 50 см3.
Соотношение между навеской и раствором NаСl 1:10 или 1:20.
Содержимое колбы хорошо перемешивают и оставляют стоять при комнатной
температуре в течение 30 мин, периодически встряхивая. Затем фильтруют через
плотный складчатый фильтр. При трудном фильтровании можно сочетать фильтрование
и центрифугирование при 4000-5000 об/мин. Прозрачный раствор используют как
ферментный препарат.
Для определения активности α - и β -амилазы берут 4 пробирки (2 опытные и 2
контрольные) и вносят в них по 3 см3 ацетатного буфера и 3 см3 2%-ного раствора
крахмала. Смесь нагревают на водяной бане или в термостате до 40°С. Затем в опытные
пробирки вносят по 0,2—1,0 см3 ферментного препарата (в зависимости от активности
амилаз в объекте изучения), а в контрольные - такое же количество Н2О. Содержимое
пробирок перемешивают и ставят в термостат при 40 °С на 30 или 60 мин. После
инкубации в каждую пробирку сразу приливают по 2 см3 1 н. раствора НСl для
прекращения действия амилаз.
Для выявления непрореагировавшего с ферментом крахмала проводят реакцию с
йодом. В мерные колбы на 50 см3 приливают около 30 см3 воды, 1 см3 0,1 н. НСl, 5
капель 0,3 %-го раствора иода и вносят из каждой пробирки по 0,5 см3 смеси.
Содержимое колб хорошо перемешивают, доводят до метки водой и колориметрируют
на фотоэлектроколориметре при красном светофильтре или на спектрофотометре при
595 нм в кювете с рабочей длиной 1 см.
Для определения активности α -амилазы в коническую колбу на 100 см3
приливают 5 см3 фильтрата (ферментного препарата), добавляют на кончике ножа
сухого уксуснокислого кальция и выдерживают в течение 15 мин в ультратермостате или
на водяной бане при 70°С (допускаются колебания температуры не более 0,5°С). Затем
содержимое колбы быстро охлаждают в сосуде с холодной водой. При таком
прогревании β -амилаза полностью инактивируется, а α -амилаза сохраняет свою
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 62 из 103
активность. Далее определение α -амилазной активности сводится к описанной выше
процедуре.
Действие обоих ферментов выражают в миллиграммах гидролизованного
крахмала в условиях опыта (за 30 мин или 1 ч) на 1 г муки (проростков).
Активность β -амилазы определяют по разности между суммарной активностью α и β -амилаз и активностью α -амилазы. Активность амилаз на 1 г муки за 1 ч
рассчитывают по следующей формуле:
( D − D1 ) ⋅ a ⋅ V
X=
,
D ⋅ m ⋅ V1
где D - оптическая плотность контрольного раствора;
D1 - оптическая плотность опытного раствора;
а - количество внесенного крахмала (60 мг);
m - масса навески, г;
V - объем исходной ферментной вытяжки, см3;
V1 - объем вытяжки, взятой для инкубирования, см3.
&&&
$$$004-002-002$3.4.2.2 Задания для выполнения к занятию №2
1)Из чего состоят ферменты?
2) Чем отличаются ферменты от неорганических катализаторов?
3) Как зависит активность ферментов от: температуры реакции,
кислотности среды, концентрации субстрата?
4) Что такое активаторы ферментов? Какие Вы знаете виды активаторов?
&&&
$$$004-003-000$3.4.3 Тема лабораторного занятия №3.
Определение активности солодовых
амилаз.
&&&
$$$004-003-001$3.4.3.1 Методические указания к лабораторному занятию №3
В проросшем зерне пшеницы, ржи, ячменя содержатся активные α- и β- амилазы.
Они хорошо растворяются в воде и могут быть получены в виде водной вытяжки.
Ферменты α- и β-амилазы проявляют свою активность в несколько разных
условиях температуры и реакции среды. На этом основано их разделение. β-Амилаза
разрушается при нагревании до 70оС, тогда как α-амилаза при этой температуре
сохраняет свою активность. α-Амилаза проявляет наибольшую активность в слабокислой
среде, при рН 6,3 – 5,6. При более кислой реакции ( при рН 4,8 – 3,3) этот фермент
разрушается. Фермент β-амилаза в кислой среде не инактивируется. Он имеет оптимум
действия при рН 4,8.
Испытуемый материал: солод.
Реактивы: соляная кислота С(HCl)=0,1 моль/дм3
соляная кислота ω(HCl) =20 %
гидрофосфат натрия С(Na2HPO4) = 0,15 моль/дм3
раствор йода
раствор крахмала ω =2 %
буферный раствор с рН = 5,6
сернокислая медь ω (CuSO4) = 6 %
едкий натр ω (NaOH) = 1,25 %
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 63 из 103
сернокислая медь (раствор Фелинга I) ω (CuSO4) = 4 %
щелочной раствор сегнетовой соли (раствор Фелинга II)
раствор железоаммиачных квасцов
раствор перманганата калия С(1/5 KMnO4 ) = 0,1 моль/дм3
Выделение α- и β-амилаз солода.
Навеску измельченного солода 20 г смешивают со 100 см3 дистиллированной
воды в фарфоровом стакане или колбе и беспрерывно перемешивают в течение 15 мин.
Затем всю массу оставляют на 30 мин на льду или в холодной воде. По истечении этого
времени снова производят перемешивание, после чего массу отжимают через ткань и
фильтруют через сухой складчатый фильтр или центрифугируют. Вытяжка из солода
содержит α- и β-амилазы.
α-Амилаза может быть изолирована из вытяжки солода при следующих
условиях: 10 см3 солодовой вытяжки в пробирке прогревают на водяной бане при 70оС в
течение 15 минут (указанная температура должна строго соблюдаться), после чего
раствор охлаждают и берут на исследование активности α-амилазы. β-амилаза при
указанной температуре инактивируется.
β-Амилаза может быть изолирована из солодовой вытяжки путем
инактивирования α-амилазы в кислой среде. Для этого поступают так: 15 см3 солодовой
вытяжки вносят в стаканчик, добавляют 3 см3 раствора соляной кислоты с
концентрацией 0,1 моль/дм3 и 12 см3 воды с тем, чтобы общий объем составлял 30 см3
(рН при этом должен быть 3,3) и оставляют на льду или в холодильнике на 15 мин.
По истечении этого времени к раствору добавляют 6 см3 раствора гидрофосфата
натрия С(Na2HPO4) = 0,15 моль/дм3 для того, чтобы довести рН до 6,0. в дальнейшем
этот раствор берут для определения осахаривающей способности β-амилазы.
Опыт 1. Определение декстринирующей способности α-амилазы.
При действии на крахмал α-амилазы образуется большое количество декстринов
разного молекулярного веса, по-разному окрашивающихся йодом.
В зависимости от окраски с йодом различают следующие промежуточные
продукты расщепления крахмала:
1. А м и л о д е к с т р и н ы окрашиваются йодом в сине-фиолетовый цвет,
осаждаются спиртом, вращают плоскость поляризации на + 1960, восстанавливают
реактив Фелинга на 1% по отношению к мальтозе, по своему строению близки к
крахмалу. Средний молекулярный вес около 10000.
2. Э р и т р о д е к с т р и н ы окрашиваются йодом в красно-бурый цвет,
осаждаются спиртом, вращают плоскость поляризации на 1940, восстанавливают раствор
Фелинга на 2-3 %. Средний молекулярный вес 6000-4000.
3. А х р о д е к с т р и н ы почти не окрашиваются йодом, растворяются в 70 %ном спирте, вращают плоскость поляризации на 1920, обладают 10 %-ной
восстанавливающей способностью по отношению к мальтозе. Средний молекулярный
вес 3700.
4. М а л ь т о д е к с т р и н ы не окрашиваются йодом, не осаждаются спиртом,
вращают
плоскость поляризации на 1830, обладают восстанавливающей
способностью на 30-40 % по отношению к мальтозе.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 64 из 103
Метод определения декстринирующей способности α-амилазы основан на
качественной пробе с йодом. В шесть пробирок, установленных в штативе, вносят по 5
см3 2 %-ного раствора растворимого крахмала. Затем в каждую пробирку добавляют по
1 см3 буферного раствора с рН =5,6; ферментный раствор и воду вносят в количествах,
указанных в приведенной таблице:
№ пробирок
1
2
3 4
5
6
кол-во фермента, см3 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
кол-во воды, см3
4
3,8 3,6 3,4 3,2 3,0
Растворы в пробирках тщательно смешивают и ставят в термостат или водяную
баню при 400С. Глубину гидролиза крахмала контролируют по четвертой пробирке. Для
этого из нее стеклянной палочкой периодически отбирают пробы по несколько капель
жидкости на белую кафельную плитку или фарфоровую чашечку и к ней добавляют
каплю раствора йода. Первый отбор пробы делают через 5 минут после начала
термостатирования. Частота отбора проб зависит от активности фермента и скорости
гидролиза крахмала.
Термостатирование продолжают до тех пор, пока проба из четвертой пробирки не
дает красно-бурого окрашивания с йодом, что свидетельствует об образовании в этой
пробирке эритродекстринов.
После этого в каждую пробирку добавляют по несколько капель раствора йода.
Если хотят остановить гидролиз крахмала, то добавляют еще по 2-3 капли 20%-ной
соляной кислоты. Содержимое пробирок окрашивается в разные цвета: от синего – в
первой пробирке с неизмененным крахмалом через фиолетовый, красно-бурый до
желтого. Следует указать, исходя из окраски с йодом, до каких декстринов шел гидролиз
крахмала в каждой пробирке в зависимости от количества внесенного фермента.
Опыт 2. Определение осахаривающей способности β-амилазы
В мерную колбу
на 100 см3 вносят 50 см3 2%-ного раствора растворимого крахмала и 5 см3 фосфатного
буфера с рН-5,6. содержимое пробирки прогревают в водяной бане при 400 С в течение
15 минут. Затем в колбу вносят 5 см3 ферментного препарата β-амилазы. Раствор в колбе
перемешивают и снова ставят в водяную баню при той же температуре на 30 минут. По
истечении этого времени ферментативный процесс гидролиза крахмала
останавливают путем добавления 10 см3 раствора сернокислой меди ω(CuSO4) = 6 %.
После этого раствор охлаждают до комнатной температуры и доводят водой до метки.
Количественное определение сахаров производят по методу Бертрана. Пересчет сахаров
ведут на мальтозу, как на основной продукт распада крахмала при действии β-амилазы.
Мерой активности β-амилазы служит количество разложившегося крахмала, выраженное
в процентах от его первоначального веса.
Опыт 3. Влияние температуры на активность β-амилазы
Температура
оказывает большое влияние на скорость ферментативной реакции. При низких
температурах (0-40С) ферментативные реакции протекают с очень малой скоростью.
Температура выше 600С вызывает инактивацию большинства ферментов.
Температурный оптимум многих ферментов лежит в пределах 40-500С.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 65 из 103
Опыты ставят при температурах 40С (холодильник), 200 С (комнатная), 400С и
600С ( водяная баня). Для получения хороших результатов необходимо строго
выдерживать условия проведения анализа и в течение всего опыта поддерживать
заданную температуру.
В мерную колбу на 100 см3 вносят 50 см3 2 %-ного раствора крахмала и 5 см3
фосфатного буфера с рН 5,6. Содержимое колбы доводят до заданной температуры
(нагревают или охлаждают), после чего вносят 5 см3 ферментного препарата,
предварительно термостатированного при той же температуре и замечают время.
Гидролиз продолжается 30 минут, в течение которых строго следят за поддержанием
постоянной температуры. Через 30 минут в колбу вносят 10 см3 раствора сернокислой
меди ω(CuSO4) = 6 % для прекращения действия фермента, содержимое колбы
охлаждают и доводят водой до метки.
Количество образовавшейся мальтозы определяют методом Бертрана. Полученные
результаты сводят в таблицу и строят график, характеризующий влияние температуры на
активность β-амилазы.
Опыт 3. Влияние рН на осахаривающую способность солодовых амилаз
Каждый фермент проявляет свою активность в определенной зоне рН.
Для определения влияния рН среды на осахаривающую способность солодовых
амилаз проводится коллективная работа. Опыты ставят при постоянной температуре, но
разных значениях рН (2,6; 4,4; 5,0; 5,8;7,0;8,0 и др.).
В мерную колбу на 100 см3 вносят 50 см3 2 %-ного раствора крахмала и 5 см3
соответствующей буферной смеси. Содержимое колбы прогревают в термостате или
водяной бане до 40оС, после чего вносят 5 см3 фермента, предварительно
термостатированного при той же температуре.
Продолжительность гидролиза 30 минут. Реакцию прекращают добавлением 10 см3
6%-ного раствора сернокислой меди, после этого колбу охлаждают, и объем смеси
доводят водой до метки. Образовавшуюся под действием амилаз мальтозу определяют
методом Бертрана.
Полученные результаты сводят в таблицу и строят график, характеризующий
влияние реакции среды на активность ферментов.
Опыт 4. Влияние рН на декстринирующую способность солодовых
амилаз
Для выяснения влияния рН на декстринирующую способность амилаз берут 10
пробирок и наливают в каждую по 2,5 см3 буферных растворов, состоящих из
следующих количеств 0,2 М раствора Na2HPO4 и 0,1 М лимонной кислоты.
№ пробирки Количество, см3
рН
0,2 М р-ра 0,1М р-ра буферной
Na2 HPO4 лимонной смеси
кислоты
1
0,27
2,23
2,6
2
1,10
1,40
4,4
3
1,29
1,21
5,0
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
4
5
6
7
8
9
10
1,39
1,51
1,65
1,82
2,06
2,27
2,43
1,11
0,99
0,85
0,68
0,44
0,23
0,07
Стр. 66 из 103
5,4
5,8
6,2
6,6
7,0
7,4
8,0
Затем в каждую пробирку приливают по 5 см3 2 %-ного раствора крахмала и по
2,5 см3 экстракта солода (экстракт следует приливать, начиная с 1-ой пробирки, через
равные промежутки времени – 30 сек). Содержимое пробирок после приливания
экстракта тщательно перемешивают и оставляют на 10 минут. По прошествии этого
времени берут через каждую минуту пробу (2-3 капли) из седьмой пробирки и добавляют
две капли йода. Спустя 2 минуты после того, когда содержимое этой пробирки будет
давать красно-бурое окрашивание, во все пробирки добавляют по несколько капель йода
и взбалтывают. Раствор йода следует приливать, начиная с первой пробирки, через
равные промежутки времени, т.е. через 30 секунд.
На основании полученной окраски содержимого пробирок можно судить о
степени расщепления крахмала в зависимости от рН. Там, где получилась слабо-желтая
окраска, крахмал расщепился полностью, и, следовательно, рН был оптимальным.
&&&
$$$004-003-002$3.4.3.2 Задания для выполнения к занятию №3
Что такое ингибиторы? Их классификация.
1) Что Вы понимаете под специфичностью действия ферментов? Какие вы знаете
виды специфичности?
2) На какие классы и по какому принципу подразделяют ферменты?
3) Какие Вы знаете ферменты: а) 1 класса, входящие в состав зерна и продуктов
его переработки; б) 2 класса; в) 3 класса? Охарактеризуйте их.
&&&
Выделение и анализ простых белков
$$$004-004-000$3.4.4 Тема лабораторного занятия №4.
&&&
$$$004-004-001$3.4.4.1 Методические указания к лабораторному занятию №4
Опыт 1. Проба на альбумины
Испытуемый материал: измельченное зерно или продукты его переработки
Реактивы: насыщенный раствор хлорида натрия
В колбу берут 2 г испытуемого материала, добавляют 20 см3 воды и содержимое
перемешивают, колбу ставят в термостат при 30-35°С на 30 мин. В течение первых 20
мин содержимое пробирки периодически перемешивают.
Через 30 мин надосадочную жидкость, содержащую альбумины, отфильтровывают.
Часть фильтрата (1-2 см3) используют для биуретовой реакции на белок (см. опыт 3), а к
другой части фильтрата добавляют примерно равный объем насыщенного раствора
хлорида натрия. При этом раствор мутнеет, т.к. альбумины в присутствии солей теряют
растворимость.
Опыт 2. Проба на проламины
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 67 из 103
Испытуемый материал: измельченное зерно, мука
Реактивы: раствор этилового спирта ω (С2Н5ОН) = 70 %
В пробирку берут 1 г исследуемого материала и 10 см3 раствора этилового
спирта. Экстракцию белков ведут при 30-35°С, в течение 20 мин при периодическом
перемешивании. Через 20 минут надосадочную жидкость отфильтровывают и в части
фильтрата обнаруживают белок по биуретовой реакции. Оставшуюся часть фильтрата
разбавляют водой в 2 раза. При этом концентрация спирта резко падает и
спирторастворимые белки - проламины -теряют растворимость. Раствор мутнеет.
Опыт 3. Свертывание белка при нагревании
Испытуемый материал: раствор белка
В опыте используют белковые растворы, полученные в опыте №1. В пробирку
вносят 5 см3 испытуемого материала, в который погружают термометр. Затем ее ставят в
стакан с теплой водой и начинают постепенно нагревать. Замечают температуру, при
которой появилась муть, в дальнейшем превращающаяся в хлопьевидный осадок.
Для проведения цветных реакций готовят мучную суспензию в соотношении 1:5 и
разливают ее по 1-2 см3 в пробирки.
Опыт 4. Биуретовая реакция
Испытуемый материал: мучная суспензия, раствор белка
Реактивы: раствор едкого натра ω (NаОН) = 10 %
раствор сульфата меди ω (СuSО4) = 0,5 %
Щелочной раствор белка дает с сернокислой медью фиолетовую окраску.
Окраска обусловлена комплексным соединением меди с пептидными группами (СО–NН-). Свое название биуретовая реакция получила от производного мочевины биурета, который дает эту реакцию.
В пробирку к 1-2 см3 мучной суспензии добавляют 2-3 капли раствора
сернокислой меди, и после перемешивания добавляют около 2 см3 водного раствора
едкого натра.
При смешивании появляется фиолетовое окрашивание. Следует избегать избытка
сернокислой меди, так как тогда голубая окраска гидрата окиси меди маскирует
фиолетовую окраску.
Опыт 5. Ксантопротеиновая реакция
Испытуемый материал: мучная суспензия, раствор белка
Реактивы: концентрированная азотная кислота
Большинство белковых веществ при нагревании с крепкой азотной кислотой дают
желтое окрашивание, переходящее в оранжевое при добавлении щелочи. Свое название
реакция получила от греческого слова "ксантос", что означает желтый.
Эта реакция характерна для бензольного ядра циклических аминокислот
(тирозина, фенилаланина, триптофана).
NH2
NH2
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
CH2 CH
COOH
CH2
CH
Стр. 68 из 103
COOH
NH2
CH2 CH COOH
|
ОН
фенилаланин
тирозин
триптофан
При действии азотной кислоты на эти аминокислоты происходят нитрование
бензольного кольца с образованием нитросоединений желтого цвета.
В пробирку к 1-2 см3 мучной суспензии добавляют 5-6 капель
концентрированной азотной кислоты. При осторожном подогревании содержимое
пробирки окрашивается в желтый цвет. После охлаждения добавляют в избытке едкое
кали, при этом желтая окраска переходит в оранжевую.
Опыт 6. Реакция на серу
Испытуемый материал: мучная суспензия, раствор белка
Реактивы: раствор едкого натра ω (NаОН) = 10 %
раствор ацетата свинца ω [(СН3СОО)2Pb] = 10 %
В состав большинства белков входят содержащие серу аминокислоты цистеин, цистин, метионин:
CH2
CH COOH
S
NH2
CH2 CH COOH S
SH
NH2
Цистеин
CH2
NH2
CH3 S CH2 CH2 CH COOH
CH COOH
Цистин
NH2
Метионин
Серу в белке можно обнаружить, пользуясь ее свойством давать с солями свинца
осадок черного цвета (сульфид свинца). Под действием щелочи сера отщепляется в виде
сероводорода. При добавлении раствора ацетата свинца раствор начинает мутнеть, а
затем выпадет черный осадок.
В пробирку к 1-2 см3 мучной суспензии добавляют 2-3 капли раствора ацетата
свинца. Содержимое пробирки перемешивают, а затем добавляют в него 2-3 см3
раствора едкого натра, перемешивают и нагревают. Содержимое пробирки начинает
темнеть.
&&&
$$$004-004-002$3.4.4.2 Задания для выполнения к занятию №4
1) Что такое белки?
2) Каковы физиологические функции белков в живой клетке?
3) Какие функциональные группы входят в аминокислоты?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 69 из 103
4) На какие классы и по каким признакам делятся аминокислоты?
5) Какие Вы знаете "незаменимые" аминокислоты? Почему они так
называются?
6) Какие аминокислоты входят в состав белков?
7) Какими свойствами обладают аминокислоты?
8) На каком свойстве аминокислот основан синтез белков?
9) Какие виды связей обнаружены в белковых молекулах?
10) Как устроена белковая молекула?
11) Какие виды пространственно организации белковой молекулы вы
знаете?
12) Какими физическими свойствами обладают белки?
13) Каковы химические свойства белков?
14) Как можно обнаружить наличие белка в неизвестном объекте?
&&&
Определение содержания общего и
белкового азота по методу Кьельдаля
$$$004-005-000$3.4.5 Тема лабораторного занятия №5.
&&&
$$$004-005-001$3.4.5.1 Методические указания к лабораторному занятию №5
В зерне, предназначенном для продовольственных, кормовых и технических целей,
содержание белка определяют по ГОСТ 10846-91 "Метод определения белка".
Сущность метода заключается в превращении азота белковых веществ в соли
аммония в результате минерализации зерна в кипящей серной кислоте, дальнейшем
подщелачивании продуктов реакции и отгонке выделившегося аммиака в титрованный
раствор серной кислоты.
Реакцию с белковыми веществами, в состав которых входят аминокислоты,
можно представить идущей по уравнению:
CH3CHNH2-COOH + 3H2SO4 → NH3 + 3CO2 + 4SO2 + 4H2O
Выделившийся аммиак соединяется с избытком серной кислоты:
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Опыт 1. Определение общего азота
Испытуемый материал: измельченное зерно или продукты его переработки
20
Реактивы: концентрированная серная кислота
катализатор (смесь сернокислой меди, сернокислого калия и
селена в соответствии 1:10:0,2)
раствор щелочи ω (NаОН ) = 33 %
раствор серной кислоты С(1/2 H2SO4) = 0,1 моль/дм3
раствор гидроксида натрия С(NaОH) = 0,1 моль/дм3
универсальный индикатор
фенолфталеин
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 70 из 103
Занятие 1. Сжигание.
Около 0,3 г муки или размолотого зерна помещают на беззольный фильтр и
взвешивают точно на аналитических весах, затем фильтр с навеской аккуратно
сворачивают и опускают в колбу Кьельдаля. Затем туда же приливают 5-6 см3
концентрированной серной кислоты, для ускорения сжигания добавляется 0,3-0,5 г
катализатора. Сжигание необходимо проводить под тягой, т.к. выделяется сернистый газ,
имеющий неприятный острый запах.
Нагревание сначала ведется на слабом огне. После прекращения вспенивания
жидкость доводят до кипения и поддерживают его, пока она не станет совершенно
прозрачной, окрашенной в зеленоватый цвет. Для полного окисления аминокислот
кипячение прозрачной жидкости продолжается еще 15-30 мин.
Опыт 2. Определение белкового азота
Количественное определение белковых веществ и отделение их от других
азотосодержащих веществ основано на способности белков осаждаться солями тяжелых
металлов и их гидратами. По методу Барнштейна белок осаждается гидратом окиси меди
в присутствии медной соли. Осадок нерастворим даже в горячей воде и легко отделяется
от небелковых азотистых соединений.
Содержание белкового азота (в осадке) определяется по Кьельдалю.
Испытуемый материал: измельченное зерно или продукты его переработки
Реактивы: раствор сульфата меди ω (CuSO4) = 6 %
раствор гидроксида натрия ω (NaОН) = 1,2 %
1 г испытуемого материала обливают 50 см3 теплой воды (50°С), нагревают на
водяной бане при 40-50°С в течение 10 минут. Затем прибавляют 25 см3 раствора
сернокислой меди и после тщательного перемешивания медленно приливают 25 см3
едкого натра.
Через час, когда осадок отстоится, его отфильтровывают через предварительно
взвешенный фильтр, а осадок несколько раз промывают водой
(50°С) до полного обесцвечивания раствора. В фильтрате содержатся небелковый
азот, а в промытом осадке белковый азот. Для определения белкового азота осадок
вместе с фильтром подсушивают в сушильном шкафу при температуре 105°С, примерно
в течение 3-х часов, взвешивают, после чего переносят его в колбу Кьельдаля и сжигают
с серной кислотой. Затем производят определение по методу Кьельдаля. Найденное
количество азота пересчитывается на белок умножением на коэффициент 5,7 (для
пшеницы, ржи и овса).
Занятие 2.Отгонка.
После сжигания органического вещества колбу снимают с огня и охлаждают.
Охладив, в колбу осторожно прибавляют небольшое количество воды (около 30 см3),
взбалтывают и количественно переносят в отгонный аппарат и добавляют 2 капли
универсального индикатора. В приемную колбу на 50-100 см3 наливают из бюретки
точно 20 см3 0,1 моль/дм3 серной кислоты и несколько капель индикатора
фенолфталеина. Отгонную колбу Кьельдаля подсоединяют к прибору и нагревают.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 71 из 103
Необходимо следить за герметичностью системы. Нагревание раствора в аппарате и
отгонка аммиака производится при помощи пара. При появлении первых пузырьков в
колбу Кьельдаля через капельную воронку постепенно добавляют 10-20 см3 33 %-ного
раствора NaOH до изменения окраски индикатора, после чего продолжают кипячение 1520 минут.
При нагревании сернокислый аммоний разлагается с выделением свободного
аммиака:
(NH4)2SO4 + 2NaOH → 2NH3 + 2H2O + Na2SO4
Выделившийся аммиак перегоняется с водяным паром. Конец форштоса
холодильника обязательно должен быть погружен в отмеренный объем титрованного
раствора серной кислоты для того, чтобы отогнанный аммиак можно было полностью
уловить.
Титрование.
Остаток серной кислоты, не связанный аммиаком в приемной колбе, титруют 0,1
моль/дм3 раствором щелочи до нейтральной реакции. Содержание общего азота в
анализируемом сухом веществе вычисляют по следующей формуле:
(ak1 − bk 2 ) ⋅ 0,0014 ⋅ 100 ⋅ 100
X=
,
P(100 − W )
где Х - количество азота, в % на сухое вещество;
а - количество 0,1 моль/дм3 раствора серной кислоты, налитое в
приемную
колбу, см3 ;
k1 - коэффициент поправки для пересчета кислоты на 0,1 моль/дм3 раствора;
b - количество 0,1 моль/дм3 раствора едкого натра, пошедшего на титрование
свободной серной кислоты, см3;
k2 - коэффициент поправки для пересчета щелочи;
Р - навеска вещества, г;
W - влажность продукта, %;
0,0014 - коэффициент пересчета на азот, т.к. 1 см3 0,1 моль/дм3 серной
кислоты соответствует 0,0014 г азота.
Вычисление содержания сырого белка
При вычислении содержания белковых веществ условно принимается, что весь
азот растительных продуктов является белковым. Полученное по методу Кьельдаля
общее содержание азота условно перечисляется на белок, так называемый сырой
протеин, умножением полученного процента азота на коэффициент 5,7 или 6,25. Для
зерна пшеницы (ржи и овса) и продуктов его переработки принят коэффициент К=5,7 ,
рассчитанный для среднего содержания азота в белке 17,54 %.
100
5,7 =
17,54
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 72 из 103
Содержание сырого протеина вычисляется по формуле:
X ⋅ K = % сырого протеина,
где Х - количество азота, %;
К - белковый коэффициент.
&&&
$$$004-005-002$3.4.5.2 Задания для выполнения к занятию №5
1) На какие классы делятся белки? Что лежит в основе этого деления?
2) Как распределяются отдельные классы белков по анатомическим частям
зерна?
3) Каковы отличительные особенности альбумина?
4) Что представляет собой глиадин? Какими свойствами он обладает?
5) Чем отличаются проламины и глютелины?
6) На чем основан метод количественного определения белка по
Къельдалю?
7) Почему отгонка аммиака осуществляется при помощи водяного пара?
&&&
Определение количества и качества
сырой клейковины зерна пшеницы
$$$004-006-000$3.4.6 Тема лабораторного занятия №6.
&&&
$$$004-006-001$3.4.6.1 Методические указания к лабораторному занятию №6
Опыт 1. Определение количества сырой клейковины
Метод изложен в ГОСТ 13586.I-68 «Зерно. Методы определения количества и
качества клейковины пшеницы».
25 г размолотого зерна взвешивают на технических весах с точностью до 0,1 г.
Навеску переносят в фарфоровую ступку или чашечку и заливают 13 см3 водопроводной
воды. Пестиком или шпателем замешивают тесто, пока оно не станет однородным.
Приставшие к пестику или ступке частицы присоединяют к куску теста и хорошо
приминают его руками.
Скатанное в шарик тесто кладут в ступку или чашечку, закрывают крышкой
(стеклом) и оставляет на 20 минут для набухания клейковины. Затем начинают
отмывание клейковины под слабой струёй воды с температурой 18-20°С над густым
шелковым или капроновым ситом. Сначала отмывают осторожно, чтобы вместе с
крахмалом и оболочками не отрывались кусочки клейковины, а когда большая часть
крахмала и оболочек будет отмыта – более энергично. Оторвавшиеся кусочки
клейковины тщательно собирают с сита и присоединяют к общей массе клейковины.
Допускается отмывать клейковину в тазу или чашке. В таз наливают не
менее 2 л воды, опускают тесто в воду и отмывают крахмал и частицы оболочек зерна,
разминая тесто руками. Когда в воде накапливается крахмал и частицы оболочек, воду
меняют, процеживая ее через шелковое или капроновое сито.
При выделении клейковины из пшеницы пониженного качества (пораженной
клопом-черепашкой, морозобойной, проросшей и т.п.) ее отмывают медленно и
осторожно, вначале в тазу. Отмывают до тех пор, пока оболочки не будут полностью
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 73 из 103
отмыты и вода, стекающая при отжимании клейковины, не будет почти прозрачной (без
мути).
Клейковина, которая не отмывается, характеризуется как "не отмывающаяся".
Отмытую клейковину отжимают между ладонями, вытирая их время от времени
сухим полотенцем, при этом клейковину несколько раз выворачивают и снова отжимают
между ладонями, пока она не начнет слегка прилипать к рукам. Отжатую клейковину
взвешивают, затем еще раз промывают 2-3 минуты, вновь отжимают и взвешивают на
технических весах.
Если разница между двумя взвешиваниями не превышает ± 0,1 г. то отмывание
клейковины считают законченным. Содержание сырой клейковины выражают в
процентах к навеске измельченного зерна (шрота).
При контрольных и арбитражных анализах расхождения при определении
количества сырой клейковины не должны превышать ± 2 %.
Опыт 2. Определение качества сырой клейковины
Качество сырой клейковины характеризуется упругими свойствами,
оцениваемыми приборами (ИДК-I или аналогичными) с технической характеристикой:
величина деформирующей
нагрузки 120 ± 2 г, продолжительность воздействия
деформирующей нагрузки на образец 30
±2 сек; пять единиц шкалы соответствует
0,35 мм перемещения пуансона;
максимальное расстояние между неподвижным столиком и пуансоном 20 ± 1 мм.
Из отжатой и взвешенной клейковины выделяют навеску 4 г, обминают её 3-4
раза пальцами, формируют в шарик и помещают на 15 минут в чашку или ступку с водой
с температурой 18 ± 2°С. Затем приступают к определению упругих свойств. Если
клейковина крошащаяся, после отмывания губчато-образная, легко рвущаяся и не
формируется после обминания в шарик, то ее относят к III группе
(неудовлетворительная) без определения качества на приборе.
Если масса отмытой клейковины менее 4 г, необходимо увеличить навеску
размолотого зерна и заново отмыть клейковину.
Опыт 3. Определение упругих свойств (качества) клейковины при помощи
прибора ИДК-I
Прибор состоит из трех основных частей: измерительного блока, стойки и
крышки.
В нижней части измерительного блока укреплен круглый столик, на который
помещают испытуемый образец клейковины. Над столиком находится груз пуансон,
заканчивающийся диском. При проведении анализа груз свободно перемещается в
вертикальном направлении. Продолжительность воздействия груза на образец
клейковины ограничивается при помощи реле времени. В остальное время груз
заторможен специальным механизмом.
Прямолинейное перемещение преобразуется механическим путем во вращательное
движение указателя шкалы, расположенного на передней стенке измерительного блока.
Измерение упругости клейковины производят в следующем порядке.
На столик прибора помещают 4-х граммовый образец клейковины.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 74 из 103
Нажимают кнопку включения реле времени, груз получает возможность свободно
опуститься на образец клейковины. По истечении 30 секунд реле времени срабатывает,
груз затормаживается, указатель показывает на шкале величину характеристики образца.
Записав показания прибора, нажимают кнопку включения реле времени, затем
поднимают груз в крайнее положение вверху и, удерживая его таким образом, нажимают
на рычажок выключения.
Прибор выключен. Испытанный образец клейковины снимают со столика.
Перебивка клейковины перед испытанием не допускается. По величине условных
единиц прибора клейковину относят к одной из трех групп по качеству:
Показания прибора в Группа Характеристика клейковины
условных
единицах качества
От 0 до 15
III Неудовлетворительная крепкая
От 20 до 40
II
Удовлетворительная крепкая
От 45 до 75
I
Хорошая
От 80 до 100
II
Удовлетворительная слабая
От 105 до 120
III Неудовлетворительная слабая
Показания прибора записывают с точностью до одного деления шкалы (5
условных единиц). Доли до половины деления шкалы отбрасывают, и доли равные
половине деления и более считают за целое деление.
При контрольных и арбитражных анализах допускается отклонение ± 5 условных
единиц прибора (одно деление шкалы).
Первоначальный анализ считают правильным, если данные его не выходят за эти
пределы отклонения. Результаты определения содержания сырой клейковины пшеницы
проставляют в документах о качестве зерна (сертификатах и удостоверениях) с
точностью до 1,0 %. При этом десятые доли процента, равные или больше 5
приравнивают к единице, а меньше 5 -отбрасывают: 26,5 = 27 %, 26,7 = 27 %, 26,4 = 28
%. Уход за прибором для измерения упругости клейковины и работу на нем проводят в
соответствии с прилагаемой к нему заводской инструкцией по эксплуатации.
Количество и качество пшеничной клейковины нормируется стандартом.
Зерно твердой пшеницы должно иметь по стандарту (ГОСТ 9353-90) сырой
клейковины в первом классе не менее 26 %, во втором – 25 %, а в третьем – 22 % с
качеством по всем классам не ниже второй группы. Зерно мягкой "сильной" пшеницы
должно содержать не менее 28 % сырой клейковины по качеству не ниже первой группы
(ГОСТ 9353-90).
Опыт 4. Определение количества глиадина пшеницы
Испытуемый материал: измельченное зерно или мука
Реактивы: раствор этанола ω (C2H5ОН) = 70 %
раствор этанола ω (C2H5ОН) = 65 %
Отвешивают 3 г клейковины и разрезают на возможно более мелкие кусочки,
переносят в колбу (100-150 см3) и заливают 20 см3 раствора спирта с массовой долей ω
(C2H5ОН ) = 70%. Концентрация спирта должна быть такой, чтобы после разбавления
его водой, содержащейся в клейковине, она была равна 65-56 %. В клейковине
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 75 из 103
содержится в среднем 66 % воды и, следовательно, в 3 г клейковины - 2 г воды. Взятое
количество спирта обеспечивает нужную концентрацию спирта.
30 ⋅ 70 ⋅ 100
ω=
= 65,5%
100 ⋅ (30 + 2)
Глиадин экстрагируют при 20-25°С в течение 30 мин периодически взбалтывая.
После этого спиртовой раствор с растворенным в нем глиадином осторожно сливают
через фильтр в стакан, клейковину второй раз заливают 20 см3 раствора спирта ω
(C2H5ОН) = 65 %, хорошо взбалтывают и снова ставят на 20 минут для экстрагирования.
По истечении этого времени раствор декантируют и пропускают через фильтр в тот же
стакан.
10 см3 спиртового экстракта переносят пипеткой в предварительно высушенный
фарфоровый стаканчик или чашку для выпаривания. Спиртовой экстракт глиадина
сначала выпаривают на водяной бане, остаток (глиадин) высушивают в сушильном
шкафу при 105°С до постоянного веса. Сухой остаток взвешивают и вычисляют
содержание глиадина в процентах.
При более точных определениях глиадина экстрагирование производят три раза.
Полученные экстракты собирают отдельно и концентрируют в вакууме при температуре
бани не выше 35°С, начиная с последнего экстракта, чтобы не подвергнуть излишнему
воздействию тепла главную массу глиадина, содержащуюся во втором, и особенно, в
первом экстракте. Полученный белок дважды перерастворяют в растворе спирта ω
(C2H5ОН)= 65 %, дважды промывают дистиллированной водой.
Опыт 5. Качественная реакция на глиадин
Отвешивают 1 г клейковина, разрезают на мелкие кусочки, переносят в колбу на
100-150 см3 и заливают 10 см3 раствора спирта ω (C2H5ОН) = 70 % оставляя затем для
экстрагирования на 30 минут, каждые 15 мин содержимое колбы взбалтывают. После
настаивания жидкость отфильтровывают. Фильтрат разливают пополам, в две чистые
пробирки, к одной из них приливают двукратный объем дистиллированной воды. При
снижении концентрации спирта глиадин выпадает в осадок и раствор мутнеет.
&&&
$$$004-006-002$3.4.6.2 Задания для выполнения к занятию №6
1) Что такое клейковина?
2) Что и в каком отношении входит в состав клейковины?
3) Как получают клейковину?
4) Какие вы знаете методы анализа качества клейковины?
5) От чего зависят упругие и эластичные свойства клейковины?
6) Какие факторы влияют на качество клейковины?
7) Как влияют на качество и выход клейковины окислители?
8) Какое действие оказывают на клейковину липиды?
9) Как можно укрепить клейковину? Ослабить клейковину?
10) Какова роль клейковины в процессе хлебопечения?
11) Почему нельзя испечь хлеб из рисовой, кукурузной муки?
&&&
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
$$$004-007-000$3.4.7 Тема лабораторного занятия №7.
Редакция №
Стр. 76 из 103
Определение сырого жира в аппарате
Сокслета
&&&
$$$004-007-001$3.4.7.1 Методические указания к лабораторному занятию №7
Испытуемый материал: мука, измельченное зерно
Реактивы: органические растворители - диэтиловый эфир
(или петролейный эфир, бензин, гексан, этанол, пропанол).
Сущность метода состоит в извлечении жира из продукта органическим
растворителем (по ГОСТу - диэтиловый эфир). Извлеченный жир называют сырым, т.к. в
него входит не только собственный жир (глицерид), но и все другие растворимые в
органических растворителях вещества (липиды). Сырой жир извлекают в аппарате
Сокслета.
Навеску муки или тонко размолотого зерна 8-10 г, проходящего без остатка через
сито с отверстиями диаметром 1 мм, пересыпают в пакетик из фильтровальной бумаги.
Образец взвешивают в пакете и по разности массы между пакетом с образцом и пустым
пакетом определяют массу взятой навески.
Пакет с веществом вкладывают в экстрактор, присоединяют к нему холодильник (3)
и колбочку (2), в которую перед этим наливают растворитель на 2/3 её емкости.
Количество растворителя должно отвечать полуторному или двойному количеству
растворителя, необходимого для заполнения экстрактора.
Пустив воду в холодильник, колбочку с растворителем нагревают до 40-50°С,
погрузив её неглубоко в электрическую водяную баню. Пары растворителя, пройдя по
широкой трубке экстрактора, конденсируются в холодильнике и в виде капель стекают в
экстрактор. Чтобы избежать улетучивания паров растворителя через холодильник,
растворитель не должен сильно кипеть.
Работу прибора следует регулировать таким образом, чтобы сливание
растворителя по сифонной трубке происходило 8-15 раз в течение часа. При нормальном
действии аппарата экстрагирование достаточно вести в течение 6 часов. При более
точных определениях и в зависимости от содержания жира в веществе, экстрагирование
продолжается от 10 до 12 часов. По окончании экстрагирования растворителю дают
последний раз стечь из экстрактора, прекращают нагревание и разъединяют прибор.
Пакетик с обезжиренным образцом высушивают на воздухе (под тягой) и доводят
до постоянного веса, подсушивая в сушильном шкафу при температуре 60°С.
Содержание жира на сухое вещество вычисляют по формуле:
( М 1 − M 2 )100
Х=
⋅ 100
P(100 − W )
где М 1 - масса пакета с навеской до экстракции, г;
М 2 - масса пакета с навеской после экстракции, г;
Р - масса навески, г;
W - влажность продукта, %.
&&&
$$$004-007-002$3.4.7.2 Задания для выполнения к занятию №7
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 77 из 103
1) Что называется липидами?
2) На какие классы делятся липиды?
3) Чем отличаются свободные, связанные и прочносвязанные липиды?
4) Каковы физиологические функции липидов в живой клетке?
5) Что входит в состав простых липидов?
6) Что называют жирами?
7) От чего зависит консистенция жира?
8) Какие жирные кислоты входят в состав липидов?
9) Какими свойствами обладают жирные кислоты и как они влияют на
качество пищевых продуктов?
10) На каком свойстве кислот основан способ получения маргарина?
11) На какие классы и по какому признаку делятся глицериды?
12) Какими физическими свойствами характеризуются глицериды?
13) Какие ферменты участвуют в химических превращениях глицеридов и
жирных кислот?
14) Что понимают под процессом прокисания и прогоркания жиров?
15) Что такое мыла и как они образуются?
16) Чем отличаются растительные и животные жиры?
17) Что представляют собой воски? Каков их состав?
18) Что входит в состав сложных липидов?
19) Что представляют собой фосфолипиды? Какова их физиологическая функция?
20) Что такое гликолипиды?
21) Где используются фосфолипиды и гликолипиды в пищевой
промышлености?
22) Что входит в состав циклических липидов?
23) Какова роль липидов в формировании клейковины?
&&&
$$$004-008-000$3.4.8 Тема лабораторного занятия №8.
Определение кислотности зерна
&&&
$$$004-008-001$3.4.8.1 Методические указания к лабораторному занятию №8
Опыт 1. Определение общей кислотности по болтушке по ГОСТ 10844-74
При определении кислотности по болтушке щёлочью оттитровываются все
кислореагирующие вещества муки, как растворимые в воде, так и нерастворимые. Сюда
относятся свободные жирные кислоты, кислые фосфаты, образующиеся в муке в
результате расщепления таких фосфорорганических соединений как фитин, фосфатиды,
кислореагирующие группировки белков и продуктов его расщепления; свободные
органические кислоты, содержащиеся в зерне. Кроме того, какое-то количество щелочи
дополнительно будет связываться с крахмалом.
Испытуемый материал: зерно или продукты его переработки
Реактивы: раствор щелочи С(NaOH) = 0,1 моль/дм3
раствор фенолфталеина
5 г размолотого зерна или муки помещают в коническую колбу на 100-150 см , в
которую наливают 50 см3 дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 78 из 103
размешивают, взбалтывают, чтобы болтушка была совершенно однородной, добавляют 5
капель раствора фенолфталеина и титруют децинормальным раствором щелочи до
появления бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Титрование ведется
медленно, при постоянном помешивании. Результат выражается в градусах кислотности
по формуле:
ak ⋅ 1000
X=
,
P(100 − W )
где k - коэффициент поправки для щелочи;
а - количество 0,1 моль/дм3 раствора щелочи, пошедшее на титрование, см ;
Р - навеска , г;
W - влажность муки, %.
Кислотность определяют в трех параллельных навесках. Среднее арифметическое
показателей трех определений принимают за фактическую кислотность зерна (муки).
Расхождение между показателями параллельных определений кислотности не должно
превышать 0,2°.
Навески для определения кислотности взвешивают с точностью до 0,01 г на
технохимических весах.
Опыт 2. Определение кислотности по водной вытяжке
При определении кислотности по водной вытяжке щелочью титруются только те
вещества, которые растворимы в воде. В основном это будут кислые фосфаты,
водорастворимые белки (альбумины), а также свободные органические кислоты и
аминокислоты, но не жирные кислоты.
Навеску муки или размолотого зерна 10 г помещают в коническую колбу на 300
см3, приливают точно 100 см3 дистиллированной воды. Тщательно размешав
содержимое, колбу оставляют для возможно полного экстрагирования водорастворимых
веществ на 1 час при комнатной температуре, периодически взбалтывая. Затем
фильтруют жидкость в сухую колбу, с возвратом первых (мутных) порций фильтрата на
фильтр. Берут 25 см3 фильтрата пипеткой и переносят в коническую колбочку на 100150 см3, прибавляют 3 капли фенолфталеина и титруют децинормальным раствором
щелочи до бледно-розовой окраски. Кислотность по водной вытяжке вычисляется по
формуле:
a ⋅ k ⋅ C ⋅ 1000
Х=
,
P ⋅ b ⋅ (100 − W )
где k - коэффициент поправки к титру щелочи;
а - объем 0,1 моль/дм3 раствора щелочи, пошедшего на титрование,
см3;
С - количество воды, взятое на обработку муки, см3;
Р - навеска , г;
W - влажность муки, %;
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 79 из 103
b - количество фильтрата, взятое на титрование, см3.
Опыт 3. Определение кислотности по водно-спиртовой вытяжке
По этому методу титруются щелочью все органические кислоты, в том числе
жирные, спирторастворимые белки (проламины), аминокислоты, пептиды.
Навеску муки для размолотого зерна 2,5 г высыпают в колбу, приливают 25 см3
раствора спирта ω (C2H5OH) = 67 %. Содержимое колбы энергично взбалтывают в
течение 5 минут и фильтруют. Пипеткой отбирают 25 см3 фильтрата, приливают к ним 3
капли фенолфталеина и титруют децинормальным раствором щелочи до розовой
окраски.
Кислотность выражается по формуле:
a ⋅ k ⋅ C ⋅ 1000
Х=
,
P ⋅ b ⋅ (100 − W )
где Х - кислотность в градусах на сухой вес вещества;
а - количество 0,1 моль/дм3 раствора щелочи, пошедшего на
титрование, см3;
k - коэффициент поправки к титру щелочи;
b - количество фильтрата, взятого для титрования, см3;
С - количество спирта, взятого на обработку продукта, см3;
Р - навеска , г;
W - влажность продукта, %.
&&&
$$$004-008-002$3.4.8.2 Задания для выполнения к занятию №8
1) От чего зависит кислотность зерна, муки?
2) Как меняется кислотность продуктов при длительном хранении?
3) Как влияет изменение кислотности на качество клейковины?
&&&
Определение кислотности пива
$$$004-009-000$3.4.9 Тема лабораторного занятия №9.
&&&
$$$004-009-001$3.4.9.1 Методические указания к лабораторному занятию №9
Кислотность пива, обусловленную присутствием органических кислот и кислых
солей (фосфаты, карбонаты), определяют алкалиметрически, титрант -раствор щелочи.
Кислотность темного пива определяют потенциометрическим методом.
Цель работы: освоить методику определения органических кислот в пиве методом
алкалиметрии.
Испытуемый материал: пиво
Реактивы: раствор гидроксида натрия С(NaOH) = 0,1000 моль/дм3
спиртовой раствор фенолфталеина с массовой долей 1,0 %.
Анализируемое пиво предварительно освобождают от диоксида углерода,
нагревая его 30 мин при 400 С и постоянно перемешивая стеклянной палочкой.
Бюретку заполняют титрованным раствором NаОН. В колбу для титрования
пипеткой отбирают 20,00 см3 подготовленного и охлажденного до 20 °С пива и
несколько капель раствора фенолфталеина, титруют раствором NаОН. Фиксируют
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 80 из 103
появление розовой окраски, устойчивой в течение 30 с. Точное титрование выполняют
не менее трех раз, приливая титрант вблизи точки эквивалентности по каплям. Измеряют
объем титранта по бюретке с точностью до 0,05 см3. Вычисляют средний объем
титранта, затраченный на титрование - V(NаОН).
Кислотность пива (К, см3 1 моль/дм3 раствора NаОН на 100 см3 пива)
рассчитывают по формуле:
C ( NaOH ) ⋅ V ( NaOH ) ⋅ 100
K=
V
где С(NаОН) - концентрация титранта, моль/дм3;
V - объем пробы пива, см3;
100 - коэффициент пересчета на 100 см3 пива.
&&&
$$$004-009-002$3.4.9.2 Задания для выполнения к занятию №9
1)Какие химические превращения приводят к изменению кислотности при
хранении зерна с влажностью ниже критической?
2) Как влияет повышенная влажность продукта на изменение кислотности?
Какие биохимические процессы при этом протекают?
3) Какие органические кислоты обуславливают кислотность пива?
&&&
$$$004-010-000$3.4.10 Тема лабораторного занятия №10.
Определение восстанавливающих
сахаров по методу Бертрана
&&&
$$$004-010-001$3.4.10.1 Методические указания к лабораторному занятию №10
Метод Бертрана основан на способности свободной альдегидной или кетонной
группы молекулы сахара взаимодействовать со щелочным раствором окисной меди
(реактивом Фелинга) и восстанавливать ее до закисной меди, выпадающей в виде осадка
красного цвета. По количеству образовавшейся закиси меди судят о содержании сахара в
испытуемом растворе.
Реактив Фелинга представляет собой смесь равных объемов сернокислой меди ω
(CuSO4) = 4 % и щелочного раствора cегнетовой соли. При смешивании сернокислой
меди со щелочью выпадает осадок гидрата окиси меди. Сегнетова соль препятствует
выпадению осадка, образуя комплексное соединение.
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4
HO CH COONa
Cu(OH)2 +
HO CH COOK
O CH COONa
Cu
+ 2H2O
O CH COOK
В щелочной среде циклическая (полуацетальная) форма сахара полностью
переходит в ациклическую и на месте свободного гликозидного гидроксила образуется
альдегидная (у альдоз) и кетонная (у кетоз) группа. Так, например, превращение
циклической формы глюкозы в ациклическую протекает следующим образом:
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
СH2OH
с
о
H
с
Стр. 81 из 103
СH2OH
O
H
H
сH
OH H
с
сH
с
OH H
H
OH с
с OH
OH с
с
H OH
H OH
Все моносахариды имеют свободный гликозидный гидроксил и могут
взаимодействовать с реактивом Фелинга. Дисахариды, в зависимости от типа связи,
подразделяются на восстанавливающие - имеющие свободный гликозидный гидроксил, и
невосстанавливающие - не имеющие свободного гликозидного гидроксида.
Примером дисахарида, восстанавливающего окисную медь до закисной меди,
может служить мальтоза:
CH2OH
CH2OH
O
H
H
H
OH H
OH
OH
HH
OH H
OH
H
O
OH
H
OH
В водном растворе на месте свободного гликозидного гидроксила мальтозы
образуется альдегидная группа, взаимодействующая с реактивом Фелинга. В молекуле
мальтозы один гликозидный гидроксил приходится на два остатка глюкозы, поэтому
восстанавливающая способность мальтозы примерно в два раза слабее, чем у глюкозы.
Примером дисахарида, не восстанавливающего Фелингову жидкость, может
служить трегалоза (грибной сахар), в молекуле которой два остатка глюкозы
соединяются за счет обоих гликозидных гидроксилов. Важнейшим представителем
невосстанавливающих дисахаридов является сахароза, в молекуле которой остаток
глюкозы и остаток фруктозы соединены так же, как и у трегалозы - через гликозидные
гидроксилы.
CH2OH
O
H
H
H
OH
OH
СH2OH
HH
H
O
H
HOH2C
OH H
H
OH
HOCH2
O H
Редакция №
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
OH
O
H
O
H
Стр. 82 из 103
H
H
OH CH OH
H
OH
OH
OH
2
O
H
OH
OH
H
трегалоза
сахароза
При взаимодействии восстанавливающих сахаров с реактивом Фелинга
количество образующейся закисной меди зависит от целого ряда факторов. Поэтому при
перерасчете закисной меди на сахар пользуются эмпирическими таблицами. Эти
таблицы составлены при строго определенных условиях протекания реакции.
Проведение анализа должно соответствовать этим условиям, без каких либо отклонений.
Выпавшую в осадок закисную медь определяют методом объемного титрования.
Для этого предварительно отмытый от избытка реактива Фелинга осадок закисной меди
обрабатывают раствором железоаммиачных квасцов.
Закисная медь переходит в окисную, а эквивалентное количество окисного железа
восстанавливается до закисного.
Cu+ - e → Cu2+
Fe3+ + e → Fe2+
Количество восстановленного железа, эквивалентное количеству закисной
меди, определяют титрованием раствором перманганата калия. Весь процесс
сводится к следующим реакциям:
O
R C
O CH COONa
+ 2 Cu
+ 2H2O
O
R
C
O CH COOK
H
HO CH COONa
+2
+ Cu2O
HO CH COOK
OH
Cu2O + Fe2(SO4)3 + H2SO4 → 2CuSO4 + 2FeSO4 + H2O
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 2Fe2(SO4 )3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
Титр перманганата калия устанавливается по меди, что дает возможность сразу
пересчитать объем пошедшего на титрование перманганата на эквивалентное количество
миллиграммов закисной меди (1 см3 0,1 моль/дм3 KMnO4 соответствует 6,36 мг меди).
Метод позволяет провести определение при содержании восстанавливающих
сахаров от 10 до 100 мг в 20 см3 раствора. Наилучшие результаты получаются при
содержании в пробе 50-80 мг сахара.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 83 из 103
Испытуемый материал: мука, солод, корнеплоды, пищевые продукты
Реактивы: раствор сернокислой меди ω (CuSO4) = 6 %
раствор едкого натра ω (NaOH) = 1,25 %
раствор Фелинга I (сернокислая медь) ω (CuSO4) = 4 %
раствор Фелинга II (щелочной раствор сегнетовой соли)
раствор железоаммиачных квасцов
раствор перманганата калия C( 15 KMnO4 ) = 0,1 моль/дм3
раствор уксуснокислого свинца ω ((CH3COO) 2Pb) = 10 %
10 г испытуемого материала (солод или др.) переносят в мерную колбу на 100
см3 и обрабатывают 40 см3 реактива Барнштейна. Для этого к навеске сначала
приливают 20 см3 сернокислой меди ω (CuSO4) = 4 %, перемешивают, добавляют 20 см3
едкого натра ω (NaOH) = 1,25 % и еще раз перемешивают.
Затем в колбу доливают воды до метки и помешают ее в водяную баню или
термостат при 45-50°С на 20 мин для лучшего осаждения белков. Через 20 мин
содержимое колбы охлаждают и фильтруют через сухой складчатый фильтр. В
полученном прозрачном фильтрате определяют восстанавливающие сахара по методу
Бертрана.
Для этого 20 см3 фильтрата переносят в коническую колбу на 100-150 см3.
В колбу приливают 40 см3 реактива Фелинга, который готовят н е п о с р е д с т в е
н н о п е р е д о п р е д е л е н и е м из равных объемов двух заранее приготовленных
растворов (20 см3 сернокислой меди ω (CuSO4) = 4 % - Фелинг I и 20 см3 щелочного
раствора сегнетовой соли - Фелинг II).
Раствор Фелинга готовят в цилиндре. Запрещается пользоваться для этой цели
пипетками во избежание сильного ожога рта щелочью. После приготовления реактива
колбочку помещают в кипящую водяную баню. Через 7 минут колбочку вынимают из
бани и дают некоторое время для оседания закисной меди. Параллельно нагревают колбу
с небольшим количеством воды для промывания осадка. Все последующие операции
проводятся очень быстро и поэтому требуют хорошего навыка.
Горячую жидкость из колбочки сливают через стеклянный фильтр при слабом
отсасывании на колбе Бунзена. Часть закисной меди попадает на фильтр и задерживается
в его верхнем слое. Основное количество осадка желательно не переносить на фильтр, а
промывать и растворять в колбочке.
Колбочку несколько раз ополаскивают горячей водой. В течение всего процесса
промывания и растворения осадка надо следить, чтобы осадок в колбочке и на фильтре
всегда был покрыт слоем жидкости во избежание окисления его кислородом воздуха.
Окончив промывание, переносят фильтр на другую чистую колбу Бунзена, отмеривают
цилиндром 5-10 см3 раствора железоаммиачных квасцов и растворяют им оставшийся в
колбе осадок закиси меди. Когда осадок растворится, начинают слабо отсасывать
жидкость, одновременно промывая колбочку и фильтр водой. При полном растворении
осадка на фильтре не остается темных включений.
Раствор, собранный в колбе Бунзена, титруют перманганатом калия до появления
розовой окраски, удерживающейся в течение 1 мин. Количество миллилитров
перманганата, израсходованного на титрование, умножают на его титр по меди (для 0,1
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 84 из 103
моль/дм3 раствора КМnO4 он равен 6,36 мг Cu2O), по таблице находят количество
сахара, соответствующее данному количеству меди, и выражают его в процентах к весу
испытуемого материала.
При работе c солодом пользуются данными таблицы 1
Таблица 1 - Определение мальтозы по Бертрану
Сахар медь Сахар медь Сахар Медь сахар медь
мг
мг мг
мг
мг
мг мг мг
10 11,2 33 36,5
56
61,4 79 86,1
11 12,3 34 37,6
57
62,5 80 87,2
12 13,4 35 38,7
58
63,5 81 88,5
13 14,5 36 39,8
59
64,6 82 89,4
14 15,6 37 40,9
60
65,7 83 90,4
15 16,7 38 41,9
61
66,8 84 91,5
16 17,8 39 43,0
62
67,9 85 92,6
17 18,9 40 44,1
63
68,9 86 93,7
18 20,0 41 45,2
64
70,0 87 94,8
19 21,1 42 46,3
65
71,1 88 95,8
20 22.2 43 47,4
66
72,2 89 96,9
21 23,3 44 48.5
67
73,3 90 98,0
22 24,4 45 49,5
68
74,3 91 99,0
23 25,5 46 50,6
69
75,4 92 100,1
24 26,6 47 51,7
70
76,5 93 101,1
25 27,7 48 52,8
71
77,6 94 102,3
26 28,9 49 53,9
72
79,6 95 103,2
27 30,0 50 55,0
73
79,9 96 104,2
28 31,1 51 56,1
74
80,8 97 105,3
29 32,2 52 57,1
75
81,8 98 106,3
30 33,3 53 58,2
76
82,9 99 107,4
31 34,4 54 59,3
77
84,0 100 108,4
32 35,5 55 60,3
78
85,1 Корнеплоды перед анализом тщательно моют и измельчают на терке.
Около 1 г измельченного продукта взвешивают в металлическом или стеклянном
бюксе и помещают в сушильный шкаф при температуре 130°С на 60 мин до полного
высушивания, после чего рассчитывают содержание влаги в продукте по формуле:
(a − b) ⋅ 100
W=
%,
m
где a - масса бюкса с навеской до высушивания, г;
b - масса бюкса с навеской после высушивания, г;
m - масса навески, г.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 85 из 103
Навеску измельченного корнеплода массой 5 г переносят в мерную колбу на 100
см3, прибавляют 70-80 см3 горячей годы и для экстракции сахаров, выдерживают 20-30
мин на водяной бане при 80-90°С, периодически взбалтывая. После экстракции колбу
охлаждают. Для осаждения белков и других примесей добавляют 5 см3 уксуснокислого
свинца (или 20 см3 реактива Барнштейна), перемешивают и доводят водой до метки.
После этого жидкость фильтруют через складчатый фильтр в сухой стакан или колбу.
Берут 20 см3 фильтрата, переносят его в мерную колбу на 100 см3 и добавляют 3-5 см3
насыщенного раствора сульфата натрия для удаления избытка уксуснокислого свинца.
Раствор в колбе перемешивают и доводят до метки. После отстаивания раствор
фильтруют, фильтрат служит для определения сахаров. Далее последовательность
проведения анализа точно такая же, как и в предыдущем описании, т.е. к 20 см3
фильтрата добавляют 40 см3 реактива Фелинга, кипятят 7 мин, выпавший осадок закиси
меди обрабатывают раствором железоаммиачных квасцов и титруют перманганатом
калия. Для расчетов используют таблицу 2.
Таблица 2 - Определение глюкозы по Бертрану
сахар, медь, сахар, медь, сахар, медь, сахар, медь,
мг мг
мг мг
мг мг мг мг
10 20,4 33 64,6 56 105,8 79 144,5
11 22,4 34 66,5 57 107,6 80 146,1
12 24,3 35
68,3 58 109,3 81 147,1
13 26,3 36
70,1 59 111,1 82 149,3
14 28,3 37
72,0 60 112,8 83 150.9
15 30,2 38
73,8 61 114,6 84 152,6
16 32.2 39
75,7 62 116,1 85 154,0
17 34,2 40
77,5 63 117,9 86 155,6
18 36,2 41
79.3 64 119,6 87 157,2
19 38,1 42
81,1 65 121,3 88 158,3
20 40,1 43
82,9 66 123,0 89 160,4
21 42,0 44
84,7 67 124,7 90 162,0
22 43,9 45
86,4 68 126,4 91 163,6
23 45,8 46
88,2 69 128,1 92 165,2
24 47,7 47
90,0 70 129,8 93 166,7
25 49,6 48
91,8 71 131,4 94 168,3
26 51,5 49
93,6 72 133,1 95 169.9
27 53,4 50
95,4 73 134,7 96 171,5
29 55,3 51
97,1 74 136,3 97 173,1
29 57,2 52
98,9 75 137,9 98 174,6
30 59,1 53 100,6 76 139,6 99 176,2
31 60,9 54 102,3 77 141,2 100 177,8
32 62,8 55 104,1 78 142,8 -- -&&&
$$$004-010-002$3.4.10.2 Задания для выполнения к занятию №10
1) Что представляют собой углеводы, на какие классы они делятся?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 86 из 103
2) Каковы функции углеводов в живой клетке?
3) На какие классы делятся моносахариды? Какие функциональные группы они
содержат?
4) Что называют мутаротацией?
5) Какие таутомерные формы глюкозы и фруктозы вы знаете?
6) При помощи каких ферментов осуществляется превращение глюкозы во
фруктозу?
7) Каков механизм
образования
гликозидного (полуацетального)
гидроксила?
8) Что понимают под редуцирующими веществами?
9) За счет каких функциональных групп проявляются восстанавливающие
свойства моносахаридов?
10) Каков механизм образования дисахаридов?
11) На какие классы делятся дисахариды? Что лежит в основе этой
классификации?
12) На проявлении каких свойств основан метод количественного анализа сахаров
по Бертрану?
13) Какие Вы знаете восстанавливающие дисахариды? Почему их так называют?
14) Какие Вы знаете невосстанавливаюшие дисахариды? В чем их структурное
отличие от восстанавливающих дисахаридов?
15) Что такое инверсия? Под влиянием чего сна может происходить?
16) Что называют инвертным сахаром?
17) При помощи каких методов анализа можно обнаружить протекание инверсии?
&&&
Определение содержания крахмала
$$$004-011-000$3.4.11 Тема лабораторного занятия №11.
&&&
$$$004-011-001$3.4.11.1 Методические указания к лабораторному занятию №11
Испытуемый материал: мука, размолотое зерно
Реактивы: раствор соляной кислоты ω (НСl) = 1,124 %
раствор гексацианоферрата калия ω (K4[Fe(CN)6]) = 15 %
В мерную колбу на 100 см3 вносят 5 г тонкоизмельченного зерна, приливают 25
см3 раствора соляной кислоты, тщательно взбалтывают, чтобы не оставалось комочков,
снова приливают 25 см3 той же кислоты, смывая частички муки, приставшие к горлу
колбы, все взбалтывают и нагревают колбу 15 минут в кипящей водяной бане. После
гидролиза крахмала в колбу приливают 30 см3 холодной воды, содержимое колбы
охлаждают до 20°С и для осаждения белка приливают 10 см3 раствора желтой кровяной
соли с массовой долей ω (K4[Fe(CN)6]) = 15 %. Содержимое колбы доводят
дистиллированной водой до метки и фильтруют через сухой складчатый фильтр в сухую
колбу.
Совершенно прозрачный фильтрат наливают в поляризационную трубку так, чтобы
в ней не оставалось пузырьков воздуха, затем трубку переносят в поляриметр и
определяют угол вращения. Содержание крахмала определяют по формуле:
α ⋅ 100 ⋅ 100
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 87 из 103
X=
⋅ 100 ⋅ 0,3469 ,
[α ] ⋅ P ⋅ l ⋅ (100 − W )
20
D
где Х –содержание крахмала, %
α - угол вращения в градусах;
Р - навеска муки, г:
l - длина поляризационной трубки, дм;
W - влажность испытуемого вещества, %;
[α]20 - удельное вращение декстринов , +182,8°;
D
0,3469 - величина переводного коэффициента с круглой шкалы
поляриметра на нормальную шкалу сахариметра (одно деление нормальной шкалы равно
0,3469 градуса).
Для каждого оптически активного вещества характерной константой является его
удельное вращение. Удельным вращением называется угол вращения, который имеет
раствор, содержащий в 100 см3 100 г вещества при длине трубки 1 дм. Его выражают
через [ α ] 20 , где 20 означает температуру
D
раствора, а D - линию спектра (натриевое пламя).
Удельное вращение фракций, полученных из крахмала различных культур, в
градусах:
картофеля – 194,5
риса – 183,9
ржи – 184,0
пшеницы – 182,0
ячменя – 181,5
овса – 181,3
Клетчатка
Клетчатка (целлюлоза) (C6H12O11)n, представляет собой наиболее широко
распространенный полисахарид растений, состоящий из остатков α -D-глюкозы и
образующий главную составную часть клеточных стенок. Основные источники
клетчатки - волокно хлопчатника, волокнистые растения (лен, конопля), солома,
древесина. В растениях клетчатка тесно связана с лигнином, гемицеллюлозой,
пектиновыми веществами, смолами, липидами. Клетчатка нерастворима в воде, в
органических растворителях, а также в разбавленных кислотах и щелочах.
&&&
$$$004-011-002$3.4.11.2 Задания для выполнения к занятию №11
1) Что называют полисахаридами?
2) Какие полисахариды вы знаете?
3) Каковы функции полисахаридов в живой клетке, в частности, в растительной?
4) Что представляет собой крахмал?
5) Разновидности крахмала; как они образуются, и какова их физиологическая
роль?
6) Какими свойствами обладает крахмал?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 88 из 103
7) В чем различие амилозы и амилопектина?
8) Какие ферменты участвуют в гидролизе крахмала, и какие при этом образуются
продукты?
9) Чем отличаются α - амилаза и β -амилаза?
&&&
Определение содержания клетчатки
$$$004-012-000$3.4.12 Тема лабораторного занятия №12.
&&&
$$$004-012-001$3.4.12.1 Методические указания к лабораторному занятию №12
Опыт 1. Определение клетчатки по Кюршнеру и Ганеку
Испытуемый материал: семена растений
Реактивы: смесь (по объему 1:10)
а) концентрированная азотная кислота HNO3 (ρ = 1,44 г/см3)
б) раствор уксусной кислоты ω(CH3COOH) = 80 %
диэтиловый эфир
этиловый спирт
Навеску около 1 г крупноизмельченных семян помещают в колбу на 150 см ,
приливают 40 см3 смеси кислот; закрыв колбу, нагревают ее на песчаной бане в течение
40 мин. Полученный белый осадок отфильтровывают через предварительно взвешенный
фильтр. Осадок промывают небольшими порциями дистиллированной воды и затем 100
см3 смеси спирта с эфиром.
Полученный осадок (клетчатку) высушивают на фильтре до постоянного веса при
температуре 105оС. Процентное содержание клетчатки вычисляют по формуле:
( B1 − B) ⋅ 100
X=
,
H
где Х – содержание клетчатки, %;
В1 – вес фильтра с сухим осадком, г;
В – вес фильтра без осадка, г;
Н - навеска, г.
Опыт 2. Определение содержания клетчатки по методу Геннеберга и
Штомана
Испытуемый материал: семена растений, отруби и др.
Реактивы: раствор серной кислоты ω(H2SO4) = 5 %;
раствор едкого кали ω(КОН)=5 % .
2г испытуемого материала высыпают в стакан емкостью 400 см3, на котором
делают метки по 50 см3 ( всего 200 см3). Навеску заливают водой до 50 см3, добавляют
50 см3 серной кислоты и воды до 200 см3. По мере выкипания в стакан подливают
дистиллированную воду, чтобы общий объем жидкости оставался на уровне 200 см3.
Затем жидкость охлаждают и отсасывают через матерчатый фильтр с помощью
вакуумного (водоструйного) насоса до 50 см3. Приливают дистиллированной воды до
150 см3 и добавляют 50 см3 раствора едкого калия. Вновь кипятят на плитке в течение
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 89 из 103
30 мин, после чего заливают холодной дистиллированной водой доверху. Затем
жидкость отсасывают до 50 см3 ,и остаток промывают горячей водой до 150 см3.
Обработанный таким образом продукт фильтруют через предварительно
высушенный и взвешенный фильтр. Осадок на фильтре промывают горячей водой до
нейтральной среды (по фенолфталеину) и высушивают в термостате при 105оС до
постоянной массы (3-4 часа). Расчет содержания клетчатки проводят по формуле:
(a − b) ⋅ 100 ⋅ 100
X=
,
m ⋅ (100 − W )
где Х – содержание клетчатки ,%;
а – масса фильтра с осадком, г;
b- масса бумажного фильтра, г;
m –масса навески материала, г;
W – влажность материала, %.
&&&
$$$004-012-002$3.4.12.2 Задания для выполнения к занятию №12
1) В чем различие ферментативного и кислотного гидролиза?
2) На чем основан метод определения содержания крахмала по Эверсу?
3) Что представляют собой пентозаны? Какова их физиологическая роль?
4) Что относится к пектиновым веществам? Где они используются?
5) Что представляют собой слизи (гумми)? Как влияют они на
формирование и свойства клейковины (например, ржи)?
6) Что называют клетчаткой? Каков ее состав?
7) Какова физиологическая роль клетчатки?
8) Чем отличается целлюлоза от крахмала?
9) Что такое гемицеллюлоза и каков ее состав?
&&&
Колобковая выпечка для распознования муки
из проросшего зерна (по Козьминой и Попцовой)
$$$004-013-000$3.4.13 Тема лабораторного занятия №13.
&&&
$$$004-013-001$3.4.13.1 Методические указания к лабораторному занятию №13
Навеску в 15 г испытуемой муки замешивают с дистиллированной водой (8-9
см3) в колобок, выпекают тотчас же в хлебопекарной печи в течение 15 мин при 180200°С. После остывания колобок разрезают и оценивают консистенцию его мякиша.
Мука из проросшего зерна дает мякиш с характерной липкостью. Для более точного
выражения дефектности мякиша определяют в нем содержание воды и растворимых
веществ.
Для определения влажности 1 г мякиша помещают в термостат на 1,5 часа при
температуре 1050С. Расчет ведется по формуле:
a−b
W=
⋅ 100%,
a
где W - влажность мякиша,%;
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 90 из 103
а - масса мякиша до высушивания, г;
b - масса мякиша после высушивания, г
Для этого 5 г мякиша разминают в ступке с небольшим количеством воды (10-15
см3). Полученную болтушку переносят в мерную колбу на 50 см3 и доливают до метки
воду. Извлечение растворимых веществ продолжается 1 час при комнатной температуре,
причем содержимое колбы несколько раз взбалтывают. По окончании экстракции
вытяжку фильтруют через складчатый фильтр, отбирают определенный объем (20-25
см3) фильтрата в фарфоровую чашку, заранее взвешенную. Жидкость выпаривают на
водяной бане, а остаток высушивают до постоянного веса при 105°С.
Содержание водорастворимых веществ рассчитывается на сухое вещество по
формуле:
a ⋅ c ⋅ 100 ⋅ 100
X=
,
P ⋅ K ⋅ (100 − W )
где Х - содержание водорастворимых веществ в мякише, %;
а - масса сухого остатка, г:
с - количество см3 воды, взятое для растворения мякиша;
Р - навеска мякиша, г;
К - объем фильтрата, взятый для выпаривания, см3;
W - влажность мякиша, %.
Определение содержания сухих веществ можно проводить на рефрактометре. В
этом случае содержание водорастворимых веществ в мякише рассчитывают по формуле:
a ⋅ 10 ⋅ 100
X=
,
100 − W
где Х - содержание водорастворимых веществ в мякише, %;
а - содержание сухих веществ в растворе, найденное по таблице для
рефрактометра, %;
W - влажность мякиша, %.
&&&
$$$004-013-002$3.4.13.2 Задания для выполнения к занятию №13
1) Какие изменения происходят в углеводном комплексе зерна при прорастании?
2) Что происходит в липидном комплексе зерна при прорастании?
3) Как меняется белковый состав и качество клейковины при прорастании зерна?
4) Как влияют биохимические процессы, протекающие при прорастании зерна, на
газообразующую, газоудерживающую, водопоглотительную способность?
5) Почему мякиш хлеба, выпеченного из проросшего зерна, имеет повышенную
влажность?
6) Почему мякиш липкий?
7) Как и почему меняется содержание водорастворимых веществ?
8) Почему мякиш хлеба из проросшего зерна темный?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 91 из 103
9) Как можно улучшить качество проросшего зерна?
10) Как можно улучшить качество клейковины?
11) В каких отраслях пищевой промышленности используют проросшее зерно
(солод) и почему?
&&&
Пробная выпечка
$$$004-014-000$3.4.14 Тема лабораторного занятия №14.
&&&
$$$004-014-001$3.4.14.1 Методические указания к лабораторному занятию №14
Пробная выпечка дает полную оценку хлебопекарных свойств муки. При пробной
выпечке выявляется водопоглотительная способность муки (способность поглощать
определеннее количество воды при замесе теста), а также поведение теста при брожении,
физические свойства теста, весовой и объемный выход хлеба, пористость, цвет корки и
мякиша хлеба и другие показатели.
Водопоглотительная способность муки определяется следующим способом: из
образца муки выделяется навеска 50 г и помещается в круглодонную фарфоровую
чашку. Из бюретки постепенно небольшими порциями приливают воду комнатной
температуры и замешивают тесто.
Вначале замес ведется шпателем, затем, после образования теста, руками.
Добавление воды прекращается, когда тесто приобретает надлежащую
консистенцию и не липнет к рукам. Водопоглотительную способность муки выражают в
процентах.
Тесто для пробной выпечки готовят безопарным способом.
Рецептура: мука - 100 г;
дрожжи прессованные - 3,5 г;
соль – 2,5 г;
вода - по расчету
Начальная температура теста должна быть 32°С. Количество воды для замеса
теста определяется по формуле:
A⋅ B
K=
,
100
где А - масса муки в граммах при влажности 14,0 %;
В - водопоглотительная способность муки, %
(водопоглотительная способность принимается равной 60 %)
При замесе теста отмечают его физические свойства, характеризуя их терминами:
сухое, эластичное, липкое. Замешанное тесто помещают в термостат, в котором
поддерживается температура 32°С.
Общая продолжительность брожения 160 минут. Обминка (перебивка) теста при
использовании муки высшего и первого сортов производится два раза - через 60 и 120
минут после начала брожения. После 160 минут брожения тесто формуют, помещают в
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 92 из 103
предварительно смазанные формы и ставят в термостат для расстойки при температуре
32°С.
Момент окончания расстойки определяют по состоянию и виду поверхности
теста. Полностью расстоявшееся тесто начинает опадать и поверхность его становится
более плоской. Расстойку необходимо прекращать до этого. Длительность расстойки
выражают в минутах. Выпечка хлебцев ведется при температуре 225-230°С в течение 3035 минут. По окончании выпечки верхняя корка хлеба слегка смачивается водой.
Анализ качества полученного хлеба
Качество хлеба оценивается после остывания, но не ранее, чем через 4 часа и не
позднее, чем через 16 часов после выпечки.
Определяются: масса и объем хлеба, правильность и симметричность формы,
цвет и состояние корки, эластичность и пористость мякиша, вкус, запах и отсутствие
хруста при разжевывании. Цвет корки характеризуется как "бледная", "золотистожелтая", "светло-коричневая". Состояние поверхности корки характеризуется как
"гладкая" или "неровная", "с трещинами" или "подрывами". Объем хлеба измеряют
следующим образом:
в специальную цилиндрическую емкость с гладкими краями насыпают мелкое
просо. Плотно прижимая линейку к краям цилиндра, удаляют избыток проса. Затем
просо из цилиндра пересыпают в другую тару, а в цилиндр помещают выпеченный хлеб.
Хлеб сверху засыпают отсыпанным просом, при этом оно заполняет незанятое хлебом
пространство, поверхность проса выравнивается также при помощи линейки. Затем
измеряют объем не вошедшего в цилиндр проса - он будет равен объему хлеба.
Отмечается цвет мякиша, его эластичность, определяемая легким нажатием
пальцев. Характер пористости оценивается по крупности и равномерности пор и
толщине их стенок. Отсутствие хруста при разжевывании хлеба должно
свидетельствовать об отсутствии минеральных примесей.
Припек определяется по формуле:
C−A
X=
⋅ 100,
A
где С - масса хлеба, г;
А - масса муки, г.
Рассчитывается объемный выход хлеба, то есть объем хлебца, отнесенный к 100 г
муки, израсходованной на его приготовление.
&&&
$$$004-014-002$3.4.14.2 Задания для выполнения к занятию №14
1) Какие Вы знаете хлебопекарные качества муки?
2) От чего зависит газообразующая способность муки?
3) От чего зависит газоудерживающая способность муки?
4) Что оказывает влияние на водопоглотительную способность муки?
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 93 из 103
5) Какие биохимические процессы протекают при замесе теста и его расстойке?
6) Какие биохимические процессы протекают при выпечке хлеба?
7) Какие Вы знаете показатели качества хлеба?
8) От чего зависит цвет корочки хлеба?
9) Что влияет на объем хлеба?
10) За счет чего изменяется влажность мякиша?
11) От чего зависит аромат хлеба?
12) Что такое "припек"?
13) Как формируется мякиш хлеба?
&&&
Изучение влияния улучшителей, а также
различных пищевых добавок на выход и качество кондитерских изделий (УИРС)
$$$004-015-000$3.4.15 Тема лабораторного занятия №15.
&&&
$$$004-015-001$3.4.15.1 Методические указания к лабораторному занятию №15
Для приготовления мучных кондитерских изделий применяются разнообразные
продукты: мука, сахаристые изделия (сахар-песок, сахарная пудра), жиры (маргарин,
растительное масло), молочные продукты (натуральное молоко, сухое молоко, сливки,
сметана, творог, масло, яичные продукты (яйца, яичный порошок), различные
наполнители (орехи, мак, повидло), вкусовые, ароматические вещества (ванилин,
гвоздика, корица, тмин и др.), пищевые красители.
Результаты выполнения работы отражаются в написании реферата или итогового
отчета, в котором дается биохимическое обоснование использования рецептурных
продуктов, а также их влияния на выход и качество готового изделия.
&&&
$$$004-015-002$3.4.15.2 Задания для выполнения к занятию №15
1) Какие Вы знаете хлебопекарные качества муки?
2) От чего зависит газообразующая способность муки?
3) От чего зависит газоудерживающая способность муки?
4) Что оказывает влияние на водопоглотительную способность муки?
5) Какие биохимические процессы протекают при замесе теста и его расстойке?
6) Какие биохимические процессы протекают при выпечке хлеба?
7) Какие Вы знаете показатели качества хлеба?
&&&
$$$007-000-000$3.7 Блок контроля знаний
...
&&&
$$$007-001-000$3.7.1 Задание по 1-модулю
Ответьте на данные вопросы (на каждый ответ на вопрос ставиться 10 баллов)
1.Какие соединения называются витаминами?
2.Что такое витамеры?
3.Какова химическая природа и биологическая роль ферментов?
4.Какие
центры
выделяют
в
составе
ферментов?
Охарактеризуйте каждый центр простого и сложного фермента.
5.Распад глюкозы
6. Напишите структурные формулы ди- и трикарбоновых кислот,
функционирующих в цикле Кребса.
&&&
$$$007-001-001$3.7.2 Задание по 2-модулю
Ответьте на данные вопросы (на каждый ответ на вопрос ставиться 10 баллов)
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 94 из 103
1. Какие органические вещества называются липидами?
2. Какие химические компоненты входят в состав фосфатидов?
3. Напишите схему реакций, ускоряемых пептидилтрансферазой
при биосинтезе трипептидного фрагмента белка: -фмет-гли-вал.
4. Полипептидная цепь миоглобина содержит 153 аминокислотных остатка. Рассчитайте,
сколько нуклеотидов в информативном участке мРНК миоглобина.
5. Альтернативные существующие методы
6.Незаменимые аминокислоты
&&&
$$$007-001-002$3.7.3 Задание по 3-модулю
Ответьте на данные вопросы (на каждый ответ на вопрос ставиться 10 баллов)
1. Факторы, ускоряющие порча жиров
2. Возбудители процессов разложения
3. Дезаминирование
4. Азотистое равновесие
5. Количество белка в некоторых пищевых продуктах
6. Биоконверсия побочных продуктов
$$$007-001-004$3.7.5 Тесты для 1 рубежного контроля
1.
Что является основной частью зерновки?
А. эндосперм
B. алейроновый слой
C. Зародыш
D. Бородка
E. семенная оболочка
2.
Когда поражается зерно и становится морозобойным ?
А. при созревании
B. при хранении
C. При размоле
D. При шелушении
E. при измельчении
3.
Какая зольность у плодовых оболочек?
А. 0,4...0,5 %.
B. 7,5...9,5 %
C. 60-66 %
D. 45-67 %
E. 23-24 %
4.
Какая зольность у эндосперма?
А. 0,4...0,5 %.
B. 7,5...9,5 %
C. 60-66 %
D. 45-67 %
E. 23-24 %
5.
Газообразующая способность зерна – это…….
А. показатель хлебопекарных свойств, которых характеризует образование СО 2 в процессе брожения и выпечки
хлеба;
B. показатель хлебопекарных свойств, которых характеризует образование О 2 в процессе брожения и выпечки
хлеба;
C. показатель хлебопекарных свойств, которых характеризует образование Н 2 в процессе брожения и выпечки
хлеба;
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 95 из 103
D. показатель хлебопекарных свойств, которых характеризует образование С2 в процессе брожения и выпечки
хлеба;
E. показатель хлебопекарных свойств, которых характеризует образование Сl в процессе брожения и выпечки хлеба;
6.
Выберите для зерна пшеницы определение из классификации:
A. Холодная пшеница
B. Теплая пшеница
C. Красная пшеница
D. зеленая пшеница
E. слабая пшеница
7.
Технологический потенциал зерна определяет……….
А. технологические достоинства зерна
B. стоимость продуктов помола
C. потребительские свойства зерна
D. Почва
E. климата
8.
Что занимает большую часть зерновки ?
A.эндосперм
B. оболочки
C. зародыша
D.эндосперма
E. оболочки
9.
Cколько в зерне содержится эндосперма ?
А. 10-13 %
B. 15-17 %
С. 17-20 %
D. 75-85 %
Е. 98-100 %
10.
Выберите пределы для зерна с низкой стекловидностью
А. До 40 %
B. 40-60 %
C. 60-100%
D. до 5 %
E. до 3 %
11.
Выберите пределы для зерна со средней стекловидностью
А. До 40 %
B. 40-60 %
C. 60-100%
D. до 5 %
E. до 3 %
12.
Выберите пределы для зерна с высокой степенью стекловидностью
А. До 40 %
B. 40-60 %
C. 60-100%
D. до 5 %
E. до 3 %
13.
В каком зерне больше эндосперма?
A. крупном
B. мелком
C. среднем
D. в круглом
E. в удлиненном
14.
Что определяют зольность зерна?
А. минеральные вещества
B.жиры
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 96 из 103
C. витамины
D. белки
E. углеводы
15.
Драной процесс предназначен………
А. для получения промежуточных продуктов и вымола остатков эндосперма из оболочечных частиц.
B. для получения крупы
C. Для очистки зерна
D. Для шелушения зерна
E.мойки зерна
16.
Какие виды гидротермической обработки вам известны?
А. горячий, холодный, скоростной
B. горячий, холодный, размольный
C. горячий, холодный, крупяной
D. горячий, холодный, смешанный
E. горячий, холодный, мелкий
17.
На каком оборудовании зерно очищают от грязи и пыли ?
А. в обоечных машинах.
B. в шелушильных машинах
C. в калибровочных машинах
D. в сепараторах
E. в триерах
18.
На каком оборудовании осуществляют измельчение зерна?
А. вальцовый станок
B. сепаратор
C. обоечная машина.
D. Щеточная машина
E. центрифуга
19.
Как называется просеивающая система в мукомольном производстве?
A. рассев
B. сито
C. кадка
D. сход
E. проход.
20.
Что является «проходом» в мукомольном производстве?
А. мука
B. отруби
C. зерно
D. крупа
E. сечка
21.
Что является «сходом» в мукомольном производстве?
А. мука
B. отруби
C. зерно
D. крупа
E. сечка
22.
Из каких основных процессах состоит мукомольное производство?
А. размол и просеивание
B. размол и фасование
C. размол и центрифукгирование
D. сепарирование и диспергирование
E. калибровка и размол
23.
Назовите один из основных элементов в вальцовых станках?
А. рифли
B. бичи
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
C. щетки
D. тарелки
E. диски
24.
На каком оборудовании определяют длинные примеси?
A. Овсюгоотборниках
B. Куклеотборниках
C. Сепараторах
D. Вентиляторах
E. Рефрижераторах
25.
На каком оборудовании определяют короткие примеси ?
A. Овсюгоотборниках
B. Куклеотборниках
C. Сепараторах
D. Вентиляторах
E. Рефрижераторах
26.
На каком оборудовании осуществляют очистка зерна от легких примесей?
A. Овсюгоотборниках
B. Куклеотборниках
C. Сепараторах
D. Вентиляторах
E. Рефрижераторах
27.
Какое количество примесей допускается в зерне при поступлении на очистку?
А.2 %
B. 45 %
C. 50 %
D. 70 %
E. 17 %
28. A
Какая должна быть влажность муки ?
А.Не более 15 %
B.не менее 30 %
C.не более 45 %
D. Не более 50 %
E. не более 90 %
29.
Содержание клейковины для муки высшего сорта не менее……
А. 28 %
B.30 %
C. 25 %
D. 20 %
E. 50 %
30.
Содержание клейковины для муки первого сорта не менее…..
А. 28 %
B.30 %
C. 25 %
D. 20 %
E. 50 %
&&&
$$$007-001-005$3.7.6 Тесты для 2 рубежного контроля
1.
Содержание клейковины для муки второго сорта не менее…..
А. 28 %
B.30%
C. 25 %
D. 20 %
E. 50 %
2.
Стр. 97 из 103
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 98 из 103
Содержание клейковины в обойном муке не менее…..
А. 28 %
B.30 %
C. 25 %
D. 20 %
E. 50 %
3.
Какая температура при холодном способе кондиционирования сырья (гидротермическая обработка)?
А. 18-20 0С подогрев до 35 0С
B. 40-450С подогрев до 55-60 0С
C. 3-4 0С подогрев до 10-12 0С
D. 90-92 0С подогрев до 100 0С
E. 70-80 0С подогрев до 100 0С
4.
С какой целью зерно перед помолом доувлажняют?
А. увлажнения оболочек и более полного отделения от эндосперма
B. получения муки большой крупки
C. Для получения отрубей
D. для хорошего рассева
E. для измельчения зерна
5.
Как называется самая мелкая фракция при сортовом помоле пшеницы ?
А. мука
B. дунст
C. Крупка
D. отруби
E. пшеница
6.
В драных системах используют
А. рифленые вальцы
B. шероховатые вальцы
C. Круглые вальцы
D. короткие вальцы
E. зубчатые вальцы
7.
Какой элемент используют в размольных системах?
А. рифленые вальцы
B. шероховатые вальцы
C. Круглые вальцы
D. короткие вальцы
E. зубчатые вальцы
8.
Какие продукты получают при драном процессе?
А. крупку и дунсты
B. отруби
C. Пшеницу
D. муку
E. муку и дунст
9.
Какие продукты получают при размольном процессе?
А. крупку и дунсты
B. отруби
C. Пшеницу
D. муку
E. муку и дунст
10.
Какой размер частиц имеет крупка ?
А. 0,31-1,0 мм
B. 0,31-0,16 мм
C. Менее 0,16 мм
D. 1-3 мм
E. 3-6 мм
11.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Какой размер частиц имеют дунсты?
А. 0,31-1,0 мм
B. 0,31-0,16 мм
C. Менее 0,16 мм
D. 1-3 мм
E. 3-6 мм
12.
Какой размер частиц имеют мука?
А. 0,31-1,0 мм
B. 0,31-0,16 мм
C. Менее 0,16 мм
D. 1-3 мм
E. 3-6 мм
13.
Что позволяет получить сложный помол пшеницы с обогащением крупок ?
А. муку различных сортов
B. крупу
C. Манную крупу
D. гречневую крупу
E. кашу
14.
Какое среднее содержание крахмала в муке?
А. 66-79 %
B. 10-12 %
C. 2-3 %
D. 90-100 %
E. 8-10 %
15.
Какое оборудование используют для хранения муки?
А. силосы
B. резервуары
C. Контейнеры
D. щеточные машины
E. танки
16.
На каких машинах производится сухая очистка зерна?
А. на обоечных машинах.
B. на центрифуге
C. на сушилках.
D. на конвейре
E. на силосах
17.
Назовите основную продукцию, вырабатываемую из зерна ржи ?
А. мука сеянная, обдирная, обойная
B. мука макаронная, сеянная, обойная
C. Отруби, мука сеянная, макаронная мука
D. мука обойная, отруби, макаронная мука
E. мучка кормовая, отруби, макаронная мука
18.
На какие виды делятся по классификации помолы пшеницы и ржи?
А. разовые и повторительные
B. разовые и термодинамические
C. Сложные и коагуляционные
D. индикаторные и размольные
E. рассевные и повторительные
19.
Сколько содержится золы в обойной ржаной муке?
А. 2,0 %
B.6 %
C.10 %
D. 20 %
E. 7 %
20.
Стр. 99 из 103
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Какой цвет у сеяной ржаной муки?
А. белая
B. серовато-белая
C . Серовата белая с заметными частицами оболочек.
D. желтая
E. кремовая
21.
Какой цвет у обдирной ржаной муки?
А. белая
B. серовато-белая
C. Серовата белая с заметными частицами оболочек.
D. желтая
E. кремовая
22.
Какой цвет у обойной ржаной муки?
А. белая
B. серовато-белая
C. Серовата белая с заметными частицами оболочек.
D. желтая
E. кремовая
23.
Из каких сортов пшеницы можно вырабатывать муку?
А. твердой и мягкой
B. слабой и сильной
C. Сильной и мягкой
D. стекловидной и твердой
E. сильной и стекловидной
24.
Чем отличается макаронная мука от других видов муки?
А. высокой крупинчатостью и большим содержанием белка
B. серым цветом и большим содержанием углеводов
C. Низким содержанием золы и белка
D. низким содержанием клейковины и серого цвета
E. низкой стекловидностью и серым цветом
25.
На каких машинах производят размол с верхних сходов драной системы?
А. бичевых
B. щеточных
C. Молотковой дробилке
D. обоечной машине
E. центрифуге
26.
Сколько содержится белка в макаронной муке?
А. 14-16 %
B. 40 %
C. 50 %
D. 60 %
E. 70 %
27.
Какой выход сырой клейковины в макаронной муке?
А. 30-32 %
B. 40 -45 %
C. 60-63 %
D. 10-12 %
E. 5-10 %
28.
Какие 2 способа хранения муки на предприятиях существует?
А. тарный и бестарный
B. простой и сложный
C. Силосный и калибровочный
D. Градуировочный и простой
E. термолабильный и сложный
29.
Стр. 100 из 103
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 101 из 103
Что является рабочим органом сепаратора для очистки зерна?
А. сита
B. тарелки
C. Рифли
D. Гребни
E. щетки
30.
На каком оборудовании можно осуществить разовый помол?
А. на молотковых дробилках
B. на калоризаторе
C. На коллоидной мельнице
D. На шаровой мельнице
E. на центрифуге
&&&
$$$007-001-007$3.7.7 Вопросы к экзамену
1.
Введение. Роль и место дисциплины в учебном плане.
2. Хранение картофеля.
3. Влияние процесса созревания муки на качество хлеба
4. Системность технологического потока.
5. Хранение сахарной свеклы
6. Хлебопекарные свойства ржаной муки.
7. Операция как составная часть потока.
8. Хранение плодов и овощей в холодильниках
9. Физико-механические, коллоидные и биохимические процессы при замесе теста.
10. Эволюция технологического потока.
11. Факторы, влияющие на скорость химических реакций
12. Белки пшеничной и ржаной муки.
13. Строение технологического потока как системы процессов.
14. Дисперсные и коллоидные системы в перерабатывающем производстве
15. Влияние механических воздействий на реологические свойства теста
16. Системный анализ и моделирование технологического потока.
17. Дрожжи. Характеристика, основные функции дрожжей.
18. Газообразующая способность пшеничной муки.
19. Системы технологических процессов.
20. Классификация пищевых производств из сырья растительного происхождения.
21. Способы разрыхления теста.
22. Зерномучное сырье
23. Особенности строение дрожжей, особенности метаболизма.
24. Способы сохранения свежести хлеба.
25. Свойства зерновой массы
26. Применение дрожжей в хлебопечение.
27. Кислотность зерна, муки. Методы определения кислотности.
28. Характеристика зерна.
29. Применение дрожжей в пивоварении и квасоварении.
30. Ферменты зерна, муки. Факторы, влияющие на ферментную активность.
31. Характеристика семейства злаковых.
32. Дрожжи как фактор порчи продуктов.
33. Спиртовое, молочнокислое брожение. Характеристика брожения.
34. Характеристика семейства гречишных
35. Фазы развития дрожжевой клетки.
36. Изменения, происходящие при выпечке хлеба.
37. Характеристика бобовых культур
38. Влияние внешних условий на жизнедеятельность дрожжей.
39. Использование пророщенного солода.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
Стр. 102 из 103
40. Формирование пищевой ценности зерна при выращивании
41. Технология производства хлебопекарных дрожжей
42. Основные факторы, влияющие на качество клейковины.
43. Зерновая масса и показатели ее качества
44. Приготовление питательной среды для выращивания дрожжей
45. Основные процессы, происходящие при производстве макаронных изделий.
46. Стандартизация и оценка качества зерна
47. Выращивание посевных дрожжей
48. Влияние климатических факторов на химический состав зерна злаков.
49. Изменения качества зерна при хранении.
50. Выращивание товарных дрожжей.
51. Процесс самосогревания муки, зерна.
52. Физические свойства зерновой массы
53. Механизм образования теста.
54. Изменения, происходящие при хранении муки.
55. Биохимические процессы, происходящие в зерновой массе
56. Брожение теста. Процессы, происходящие при брожении.
57. Изменения, происходящие при прорастании зерна.
58. Мука как сырье для пищевых производств
59. Особенности приготовления ржаного теста.
60. Анаэробная и аэробная стадия дыхания.
61. Плоды и овощи как сырье для пищевых производств
62. Технология производства шоколадной массы.
63. Методы определения сахарозы.
64. Вода в производстве пищевых продуктов
65. Принцип действия и назначение конмашины.
66. Основные процессы при производстве ореховых масс (пралине, марципанов)
67. Хранение сырья и его подготовка к производству.
68. Показатели питательной ценности комбикормов.
69. Амилазы в пшеничном хлебе, назначение, функции.
70. 1. Биохимические процессы, происходящие в сырье при хранении
71. Производство карамели.
72. Применение сухой пшеничной клейковины в пищевой промышленности.
73. 1.Послеуборочное дозревание
74. 2.Процесс конширования шоколадных масс.
75. Влияние температуры, влажности, диоксида углерода на интенсивность дыхания зерна
76. 1. Изменение химического состава растительного сырья при хранении
77.Физико-химические изменения углеводов при приготовлении карамельной массы.
78. Способы укрепления, ослабления клейковины.
79. Роль микроорганизмов при хранении растительного сырья
80. Формование тестовых заготовок. Выпечка хлеба, процессы, происходящие при выпечке хлеба.
81. Пищевая ценность зерна, муки, хлеба
82. Самосогревание сырья
83. Физико-химические изменения, происходящие
84. Сахароза. Свойства сахарозы. Инверсия сахарозы.
85. Хранение зерна.
86. Отходы перерабатывающего производства (крахмалопаточная промышленность, сахарная
промышленность, мукомольное производство, производство растительных масел).
Использование отходов.
87. 3.Значение молочной кислоты в тесте.
88. Характеристика вредителей зерна. Процессы, происходящие в зерне при развитии вредителей
зерна.
УМК 042-14.01.20.73/03-2012
Редакция №
89. Использование ферментов в хлебопечении.
90. Роль клейковины в хлебопечении.
&&&
Стр. 103 из 103