Praktyczne zastosowania iteracyjnego modelu reakcji enzymatycznej degradacji skrobi

Piotr Wojciechowski*, Iwona Grad*, Anna Prusek§ , Dariusz Dudkiewicz*

Politechnika Wrocławska* , Akademia Medyczna§

Skrobia należy do najbardziej rozpowszechnionych w przyrodzie wielocukrów, stanowiąc podstawowy materiał zapasowy w komórkach roślinnych. Jest głównym składnikiem węglowodanowym pokarmu człowieka obecnym w większości warzyw, a także we wszystkich potrawach mącznych. Ma szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym, a także w przemyśle gorzelniczym, włókienniczym, papierniczym, poligraficznym, pralniczym, w kosmetyce i lecznictwie.

Procesy upłynniania i scukrzania skrobi, u genezy których leży enzymatyczna hydroliza skrobi, są szeroko wykorzystywane na skalę przemysłową do produkcji syropów dekstranowych, wysokomaltozowych, wysokoglukozowych oraz syropów fruktozowych. Etap enzymatycznej hydrolizy jest niezastąpiony w wielu procesach biotechnologicznych, jak chociażby produkcja piwa. Obecnie wzrasta zapotrzebowanie przemysłu na określone produkty pochodne skrobi. Przykładowe zastosowania skrobi modyfikowanej/przetworzonej w przemyśle spożywczym i farmakologicznym przedstawiono w Tab. 1.

Tab. 1. Przykładowe zastosowania skrobi przetworzonej.

Typ skrobi przetworzonej

Przykładowe zastosowania

skrobia modyfikowana przemysł piekarniczy i cukierniczy; zagęstnik (produkcja ketchupów); wypełniacz/substancja stabilizująca (zupy błyskawiczne)
syropy maltozowe przemysł cukierniczy (zapobieganie krystalizacji sacharozy, zwiększanie konsystencji, polepszenie walorów smakowych, wydłużenie trwałości produktów)
syropy glukozowo-maltozowe produkcja lodów, konfitur i dżemów, syropów owocowych, soków, ciastek, mrożonej żywności
syropy glukozowe przemysł cukierniczy i pszczelarski
syropy o wysokim wskaźniku cukrów fermentacyjnych przemysł piwowarski i piekarniczy
syropy fruktozowe produkcja napojów (Coca Cola, Pepsi Cola), produkcja żywność dla dietetyków (fruktoza metabolizowana jest bez udziału insuliny)
syropy wysokofruktozowe przetwórstwo owoców, produkcja konfitur i syropów owocowych
syropy maltodekstrynowe przemysł spożywczy (regulatory wilgotności, wypełniacze);
przemysł cukierniczy (produkcja lodów, mrożonek, cukierków),
przemysł farmakologiczny (enkapsulacja leków - ochrona przed utlenianiem)
maltoza krystaliczna wlewy dożylne u dietetyków

W pracy przedstawiono opracowany model iteracyjny procesu hydrolizy skrobi przy udziale enzymów amylolitycznych oraz wyznaczono niezbędne stałe modelu dla wybranych układów enzymatycznych. Model uwzględnia między innymi złożoność substratu oraz wzajemne interakcje pomiędzy substratami, a cząsteczkami enzymów. Dobrze oddaje procesy technologiczne, takie jak upłynnianie i scukrzanie skrobi oraz pozwala przeprowadzić symulację procesów wieloenzymatycznych i multisubstratowych. Ze względu na możliwość prostego prognozowania zmian ilości poszczególnych frakcji w układzie reakcyjnym, model ten może znaleźć szerokie wykorzystanie zarówno w projektowaniu jak i optymalizacji procesów technologicznych otrzymywania syropów cukrowych o zadanym składzie.

Szerszy opis omawianego zagadnienia, wraz z animacjami komputerowymi, można znaleźć w sieci internet pod adresem: http://www.iic.pwr.wroc.pl/~siechu/bio/index.html.