Азотсодержащие вещества свеклы
9-05-2017, 15:19
Содержание азотистых веществ в сахарной свекле составляет 1,0...1,2%. Большинство азотистых веществ переходит в диффузионный сок, что важно с технологической точки зрения, так как отдельные группы их по-разному влияют на протекание технологического процесса и на потери сахара в мелассе. Основными группами азотсодержащих веществ сахарной свеклы являются белки, аминокислоты и их амиды, бетаин и соли аммония.
Белки. Примерно 60% азотистых веществ составляют белки, которые содержатся в клеточном соке и в мякоти. Белки представляют собой высокомолекулярные соединения - их молекулярная масса колеблется от 10 тыс. до нескольких миллионов. Молекула белка состоит из ?-аминокислот, соединенных между собой пептидной связью. Свекловичные белки относятся главным образом к белкам глобулярного типа, которые растворимы в водных растворах солей низкой концентрации, ведут себя как лиофильные коллоиды, сильно гидратированные.
Свекловичные белки содержат больше аминокислот с кислотными свойствами, чем со щелочными, поэтому изоэлектрическая точка свекловичного белка находится в кислой области при значении рН 3,2...4,5. (В этой области значений рН раствора, согласно исследованиям И. Вашатко, скорость катафореза частиц белка равна нулю, что соответствует изоэлектрической точке белков.)
В изоэлектрической точке часть белка коагулирует. Именно на этом свойстве белков выпадать в осадок и базировалась технология очистки сока, использованная Ахардом, которая себя не оправдала и была заменена известково-углекислотной.
Белки в большей степени осаждаются под действием Са++ в присутствии ионов гидроксила при значении рН около 11, т. е. в виде соединений белка с известью. Именно поэтому величина рН около 11 является оптимальной для преддефекации и I сатурации.
При очистке диффузионного сока, проводимой в щелочной среде, белки практически полностью выпадают в осадок, образование которого связано с денатурацией белков под действием температуры и образованием соединений белка с известью. Осаждение белков при известково-углекислотной очистке составляет около 95%. Поэтому они практически не влияют на технологический процесс сахарного производства, и азот этих соединений принято называть безвредным азотом.
Аминокислоты. Их можно представить как органические кислоты, содержащие аминную группу.
В сахарной свекле определено 26 аминокислот, входящих в состав свекловичных белков, часть из которых находится в растворенном виде в клеточном соке. Важной составляющей частью белков сахарной свеклы является глутаминовая кислота, на долю которой приходится около 40% от суммарного содержания аминокислот.
Содержание аминокислот в сахарной свекле составляет примерно 0,15%. При этом в соке содержатся главным образом ?-аминокислоты.
В процессе известково-углекислотной очистки аминокислоты под действием извести не осаждаются и практически полностью переходят в мелассу, что подтверждается изменением содержания аминокислот в технологическом процессе, динамика которого приведена в табл. 18.
Амиды. В сахарной свекле амиды (соединения, в которых гидроксильная группа кислотной группы аминокислоты заменена на аминную) представлены сравнительно в небольшом количестве - содержание амидного азота составляет только около 0,2% по весу свеклы.
Амиды в сахарной свекле представлены аспарагином, глутамином и оксаминовой кислотой. Они растворимы в воде, не осаждаются под действием извести.
В щелочной среде и под действием температуры у амидов происходит отщепление амидной группы с образованием аммиака и аминокислоты.
Процесс отщепления амидной группы у амидов происходит на дефекации и на выпарной установке. С разложением амидов на выпарной установке связано наличие аммиака в конденсатах.
Соли аммония и нитраты. Содержание аммиачных солей и соответственно аммиачного и нитратного азота в свекле незначительно, и поэтому эти соединения играют незаметную роль.
Растительные основания (бетаин). Растительные основания - это ряд азотистых соединений, обладающих основными свойствами. Важнейшим из них является бетаин.
Свекловичный бетаин относится к группе органических оснований, содержащих триметиламинную и карбоксильную группы, имеющих общее название бетаины.
Свекловичный бетаин является простейшим из этих соединений и представляет собой триметилглицин, имеющий формулу (CH3)3N+CH2-COO-
Бетаин содержится в корнях, стеблях и листьях многих растений, а также в плесневых грибах, дрожжах и т. д.
Сахарная свекла содержит сравнительно большое количество бетаина - от 1,0 до 1,5 % к массе сухих веществ, т. е. в количественном отношении бетаин является одним из важнейших азотсодержащих соединений.
Бетаин не разлагается под действием кислот и щелочей, ферментов, не осаждается под действием извести, т. е. проходит весь технологический процесс без изменений и практически полностью переходит в мелассу. Содержание его в мелассе составляет около 6 % и поэтому она является ценным сырьем для его получения, поскольку в последнее время возрос интерес к бетаину.
Дело в том, что до недавнего времени бетаин применялся в небольших количествах главным образом в фармакопее. Однако в последнее время область его применения значительно расширилась за счет применения его в качестве кормовой добавки для животных.
Бетаин хорошо растворим в воде, в процессе извлечения сахара быстро переходит в сок, поскольку он, как уже отмечалось выше, в технологическом процессе не изменяется и накапливается в мелассе (в которой он составляет примерно 15% от общего количества ее несахаров). Бетаин не усваивается дрожжами, и поэтому он накапливается в паточной барде. При метановом брожении последней возможно образование триметиламина. Бетаин играет очень важную роль в обмене веществ животных за счет поставляемых организму метиловых групп, что способствует приросту веса.
К кормовым смесям бетаин добавляется в виде бетаингидрохлорида, который представляет собой порошок от белого до светло-коричневого цвета, имеющий кислый вкус.
Бетаин является устойчивым соединением и не реагирует с другими компонентами кормов.
Различные соли бетаина находят применение в фармакологии для предупреждения артосклероза и защиты печени.
Бетаин способствует синтезированию витамина В12 ферментативным путем.
Бетаин является также антиокислителем и может добавляться к жиросодержащим продуктам во избежание окисления жира.
Наряду с указанными свойствами, отдельные соли бетаина обладают сладким или горьким вкусом, и их можно использовать в качестве вкусовых добавок при производстве пищевых продуктов и напитков.
Кроме того, бетаин может быть использован в качестве сырья в химической промышленности при производстве поверхностно-активных веществ, антисептических средств, растворителей, красителей и т. д.
Как уже упоминалось, из продуктов переработки сырья растительного происхождения в наибольшем количестве бетаин содержится в свекловичной мелассе, которая является наиболее подходящим сырьем для извлечения из нее бетаина.
К растительным основаниям сахарной свеклы относятся пурины и пиримидины, которые являются структурными элементами нуклеиновых кислот. При щелочном гидролизе последние расщепляются на нуклеотиды, состоящие из фосфорной кислоты, рибозы и производных пурина и пиримидина. В продуктах сахарного производства пурины и пиримидины содержатся лишь в незначительных количествах. При очистке они не осаждаются и переходят в мелассу.
Витамины. Сахарная свекла, как и другие растения, содержит витамины. Содержащиеся в сахарной свекле витамины не оказывают влияния на технологический процесс. Однако их важная роль заключается при использовании побочных продуктов - мелассы, жома в качестве корма для животных или сырья для ферментации. Данные содержания отдельных витаминов в сахарной свекле, ботве и сухом жоме приведены в табл. 19.
В свекле содержится и витамин С, количество которого значительно ниже, чем, например, в картофеле. В сыром жоме содержание витамина С составляет примерно 20 мг/кг. При сушке жома около 70 % витамина С разрушается.
Ферменты. В сахарной свекле, как и в любой растительной клетке, содержится комплекс ферментов, обеспечивающий ее жизнедеятельность. Ферменты, представляющие собой высокомолекулярные белковые соединения, под действием температуры и рН среды вследствие коагуляции белков инактивируются. Полная инактивация ферментов наступает на дефекации.
С технологической точки зрения из ферментов сахарной свеклы наибольший интерес представляет инвертаза, которая расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Действие этого фермента проявляется при хранении сахарной свеклы и связано с образованием редуцирующих веществ в свекле и ухудшением технологического качества ее.
Минеральные вещества. Минеральные несахара в свекле и продуктах сахарного производства определяются суммарно как зола. Содержание минеральных несахаров зависит от сорта свеклы, климатических условий, характера почвы и применяемых удобрений. Поэтому эта величина колеблется, и в свекле в среднем она составляет примерно 0,6%. При этом примерно половина минеральных веществ приходится на щелочные металлы К и Na. Катионы этих металлов в процессе очистки не осаждаются и переходят в мелассу, увеличивая ее выход и содержание сахара в ней, так как они являются сильными мелассообразователями.
Белки. Примерно 60% азотистых веществ составляют белки, которые содержатся в клеточном соке и в мякоти. Белки представляют собой высокомолекулярные соединения - их молекулярная масса колеблется от 10 тыс. до нескольких миллионов. Молекула белка состоит из ?-аминокислот, соединенных между собой пептидной связью. Свекловичные белки относятся главным образом к белкам глобулярного типа, которые растворимы в водных растворах солей низкой концентрации, ведут себя как лиофильные коллоиды, сильно гидратированные.
Свекловичные белки содержат больше аминокислот с кислотными свойствами, чем со щелочными, поэтому изоэлектрическая точка свекловичного белка находится в кислой области при значении рН 3,2...4,5. (В этой области значений рН раствора, согласно исследованиям И. Вашатко, скорость катафореза частиц белка равна нулю, что соответствует изоэлектрической точке белков.)
В изоэлектрической точке часть белка коагулирует. Именно на этом свойстве белков выпадать в осадок и базировалась технология очистки сока, использованная Ахардом, которая себя не оправдала и была заменена известково-углекислотной.
Белки в большей степени осаждаются под действием Са++ в присутствии ионов гидроксила при значении рН около 11, т. е. в виде соединений белка с известью. Именно поэтому величина рН около 11 является оптимальной для преддефекации и I сатурации.
При очистке диффузионного сока, проводимой в щелочной среде, белки практически полностью выпадают в осадок, образование которого связано с денатурацией белков под действием температуры и образованием соединений белка с известью. Осаждение белков при известково-углекислотной очистке составляет около 95%. Поэтому они практически не влияют на технологический процесс сахарного производства, и азот этих соединений принято называть безвредным азотом.
Аминокислоты. Их можно представить как органические кислоты, содержащие аминную группу.
В сахарной свекле определено 26 аминокислот, входящих в состав свекловичных белков, часть из которых находится в растворенном виде в клеточном соке. Важной составляющей частью белков сахарной свеклы является глутаминовая кислота, на долю которой приходится около 40% от суммарного содержания аминокислот.
Содержание аминокислот в сахарной свекле составляет примерно 0,15%. При этом в соке содержатся главным образом ?-аминокислоты.
В процессе известково-углекислотной очистки аминокислоты под действием извести не осаждаются и практически полностью переходят в мелассу, что подтверждается изменением содержания аминокислот в технологическом процессе, динамика которого приведена в табл. 18.
Амиды. В сахарной свекле амиды (соединения, в которых гидроксильная группа кислотной группы аминокислоты заменена на аминную) представлены сравнительно в небольшом количестве - содержание амидного азота составляет только около 0,2% по весу свеклы.
Амиды в сахарной свекле представлены аспарагином, глутамином и оксаминовой кислотой. Они растворимы в воде, не осаждаются под действием извести.
В щелочной среде и под действием температуры у амидов происходит отщепление амидной группы с образованием аммиака и аминокислоты.
Процесс отщепления амидной группы у амидов происходит на дефекации и на выпарной установке. С разложением амидов на выпарной установке связано наличие аммиака в конденсатах.
Соли аммония и нитраты. Содержание аммиачных солей и соответственно аммиачного и нитратного азота в свекле незначительно, и поэтому эти соединения играют незаметную роль.
Растительные основания (бетаин). Растительные основания - это ряд азотистых соединений, обладающих основными свойствами. Важнейшим из них является бетаин.
Свекловичный бетаин относится к группе органических оснований, содержащих триметиламинную и карбоксильную группы, имеющих общее название бетаины.
Свекловичный бетаин является простейшим из этих соединений и представляет собой триметилглицин, имеющий формулу (CH3)3N+CH2-COO-
Бетаин содержится в корнях, стеблях и листьях многих растений, а также в плесневых грибах, дрожжах и т. д.
Сахарная свекла содержит сравнительно большое количество бетаина - от 1,0 до 1,5 % к массе сухих веществ, т. е. в количественном отношении бетаин является одним из важнейших азотсодержащих соединений.
Бетаин не разлагается под действием кислот и щелочей, ферментов, не осаждается под действием извести, т. е. проходит весь технологический процесс без изменений и практически полностью переходит в мелассу. Содержание его в мелассе составляет около 6 % и поэтому она является ценным сырьем для его получения, поскольку в последнее время возрос интерес к бетаину.
Дело в том, что до недавнего времени бетаин применялся в небольших количествах главным образом в фармакопее. Однако в последнее время область его применения значительно расширилась за счет применения его в качестве кормовой добавки для животных.
Бетаин хорошо растворим в воде, в процессе извлечения сахара быстро переходит в сок, поскольку он, как уже отмечалось выше, в технологическом процессе не изменяется и накапливается в мелассе (в которой он составляет примерно 15% от общего количества ее несахаров). Бетаин не усваивается дрожжами, и поэтому он накапливается в паточной барде. При метановом брожении последней возможно образование триметиламина. Бетаин играет очень важную роль в обмене веществ животных за счет поставляемых организму метиловых групп, что способствует приросту веса.
К кормовым смесям бетаин добавляется в виде бетаингидрохлорида, который представляет собой порошок от белого до светло-коричневого цвета, имеющий кислый вкус.
Бетаин является устойчивым соединением и не реагирует с другими компонентами кормов.
Различные соли бетаина находят применение в фармакологии для предупреждения артосклероза и защиты печени.
Бетаин способствует синтезированию витамина В12 ферментативным путем.
Бетаин является также антиокислителем и может добавляться к жиросодержащим продуктам во избежание окисления жира.
Наряду с указанными свойствами, отдельные соли бетаина обладают сладким или горьким вкусом, и их можно использовать в качестве вкусовых добавок при производстве пищевых продуктов и напитков.
Кроме того, бетаин может быть использован в качестве сырья в химической промышленности при производстве поверхностно-активных веществ, антисептических средств, растворителей, красителей и т. д.
Как уже упоминалось, из продуктов переработки сырья растительного происхождения в наибольшем количестве бетаин содержится в свекловичной мелассе, которая является наиболее подходящим сырьем для извлечения из нее бетаина.
К растительным основаниям сахарной свеклы относятся пурины и пиримидины, которые являются структурными элементами нуклеиновых кислот. При щелочном гидролизе последние расщепляются на нуклеотиды, состоящие из фосфорной кислоты, рибозы и производных пурина и пиримидина. В продуктах сахарного производства пурины и пиримидины содержатся лишь в незначительных количествах. При очистке они не осаждаются и переходят в мелассу.
Витамины. Сахарная свекла, как и другие растения, содержит витамины. Содержащиеся в сахарной свекле витамины не оказывают влияния на технологический процесс. Однако их важная роль заключается при использовании побочных продуктов - мелассы, жома в качестве корма для животных или сырья для ферментации. Данные содержания отдельных витаминов в сахарной свекле, ботве и сухом жоме приведены в табл. 19.
В свекле содержится и витамин С, количество которого значительно ниже, чем, например, в картофеле. В сыром жоме содержание витамина С составляет примерно 20 мг/кг. При сушке жома около 70 % витамина С разрушается.
Ферменты. В сахарной свекле, как и в любой растительной клетке, содержится комплекс ферментов, обеспечивающий ее жизнедеятельность. Ферменты, представляющие собой высокомолекулярные белковые соединения, под действием температуры и рН среды вследствие коагуляции белков инактивируются. Полная инактивация ферментов наступает на дефекации.
С технологической точки зрения из ферментов сахарной свеклы наибольший интерес представляет инвертаза, которая расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Действие этого фермента проявляется при хранении сахарной свеклы и связано с образованием редуцирующих веществ в свекле и ухудшением технологического качества ее.
Минеральные вещества. Минеральные несахара в свекле и продуктах сахарного производства определяются суммарно как зола. Содержание минеральных несахаров зависит от сорта свеклы, климатических условий, характера почвы и применяемых удобрений. Поэтому эта величина колеблется, и в свекле в среднем она составляет примерно 0,6%. При этом примерно половина минеральных веществ приходится на щелочные металлы К и Na. Катионы этих металлов в процессе очистки не осаждаются и переходят в мелассу, увеличивая ее выход и содержание сахара в ней, так как они являются сильными мелассообразователями.