ПРИКЛАДНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ. Учебное пособие

процесс созревания теста, улучшают качество хлеба, предотвращая процесс черствения.

При переработке молока ферменты используют в нескольких технологических процессах. В производстве сыра одной из основных стадий является коагуляция молока, которая осуществляется при помощи реннина.

Целлюлазы используют при приготовлении растворимого кофе, а также при обработке цитрусовых. Кислая липаза применяется в хлебопечении; она катализирует процесс образования моноглицеридов, препятствующих очерствению хлеба.

Ферменты – вещества белковой природы и поэтому неустойчивы при хранении, а также чувствительны к тепловым воздействиям. Кроме того, ферменты не могут быть использованы многократно из-за трудностей в отделении их от реагентов и продуктов реакции. Решить эти проблемы помогает создание иммобилизованных ферментов. Иммобилизовать ферменты можно связыванием с нерастворимыми носителями, а также присоединением к растворимому полимеру. Для получения иммобилизованных ферментов используются как органические, так и неорганические носители, к которым предъявляются определенные требования, включающие как физико-химические, так и экономические характеристики. Для иммобилизации ферментов наиболее широко используются природные полисахариды и синтетические носители полиметильного типа.

Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:

1.Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.

2.Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.

3.Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.

71

4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук.

Промышленные процессы с применением иммобилизованных ферментов внедрены, прежде всего, в пищевую и фармацевтическую промышленность. В пищевой промышленности с участием иммобилизованных ферментов идут крупномасштабные процессы получения глюкозы, яблочной и аспарагиновой кислоты, оптически активных L-аминокислот, диетического безлактозного молока, сахаров из молочной сыворотки и др.

Глюкозоизомераза, иммобилизованная на целлюлозном носителе, применяется для получения глюкозо-фруктозных сиропов с преимущественным содержанием фруктозы.

Крупномасштабным производством является получение глюкозы из крахмала с использованием иммобилизованной амилоглюкозидазы в проточных перемешиваемых реакторах.

Для просветления пива используют протеиназы, в частности папаин, иммобилизованный на хитине.

Для удешевления процесса производства сыра в ряде случаев применяют бактериальные реннины, иммобилизованные на нерастворимых носителях.

Отходом при производстве сыра является молочная сыворотка, содержащая большое количество лактозы. Последняя содержит галактозу и глюкозу, представляющую большую пищевую ценность. Однако получение глюкозы из лактозы при помощи растворимой лактазы нетехнологично, поэтому был разработан метод гидролиза лактозы при помощи иммобилизованной на ацетилированной целлюлозе лактазы. Для стабилизации молока его обрабатывают протеиназами. Так, обработанное иммобилизованным трипсином молоко меньше подвержено окислению и в течение двух недель не утрачивает своего вкуса.

Применение иммобилизованных ферментов в промышленности получило название инженерной энзимологии. Примеры свидетельствуют об огромных возможностях инженерной энзимологии в различных областях народного хозяйства. Например, иммобилизованная β-галактозидаза, присоединенная к магнитной стержню-мешалке, позволяет получить диетический молочный продукт, который могут потреблять люди с наследственной непереносимостью лактозы. Обработанное таким образом молоко,

72

кроме того, хранится в замороженном состоянии значительно дольше

ине подвергается загустеванию.

Внастоящее время налажено промышленное производство генетически модифицированных микроорганизмов-продуцентов рекомбинантных ферментов. Например, ген, ответственный за выработку фермента химозина, выделенный из эукариотического организма, внедряют в геном бактерии Escherihia coli, которая становится продуцентом данного фермента. Бактерии Bacillus subtilus используют как продуценты рекомбинантного фермента ацетолактатдекарбоксилазы, который находит применение в пивоваренной, спиртовой и винодельческой промышленности.

Рекомбинантные ферменты отличаются высокой чистотой, что имеет особое значение в пищевых технологиях. Например, использование свободных от протеазной активности амилаз в хлебопечении позволяет улучшить реологические свойства теста, поскольку не происходит разрушения структуры белков клейковины.

Втабл. 8 приведены примеры отраслей пищевой промышленности, использующих ферменты в технологических процессах

Таблица 8.

Технологические цели применения ферментов в различных отраслях пищевых производств

Современные методы модификации ферментов позволяют увеличивать стойкость ферментов к действию различных химических реагентов и ингибиторов, рН, температурному воздействию; изменять рН оптимум ферментов, их субстратную специфичность и связывающие свойства; регулировать предпочтения к определенным кофакторам и, тем самым изменять каталитические свойства ферментов.

Продолжается поиск новых возможностей использования ферментов в пищевой промышленности. Основными направлениями исследования являются:

•модификация свойств индивидуальных ферментов с целью повышения их активности и удешевления целевых продуктов;

•скрининг новых микроорганизмов-продуцентов ферментов;

•получение новых рекомбинантных ферментов с заданными свойствами;

•применение ферментативных реакций для получения ценных пищевых ингредиентов и биологически активных веществ;

•разработка пищевых нанотехнологий с использованием ферментов.

В табл. 9 приведены ферменты разных классов, наиболее часто применяемые в промышленных целях, их источники и сферы применения. Представленные данные показывают, что наиболее востребованы в различных отраслях производства ферментные препараты, катализирующие гидролитические реакции, особенно гликолитические и протеолитические ферменты. Растущие потребности рынка, необходимость расширения ассортимента изделий и совершенствование технологических процессов являются стимулами развития прикладной энзимологии. В современных технологиях находят всё большее применение не только ферменты, ускоряющие процессы расщепления, но и обладающие связывающим действием. Ярким примером является фермент трансглутаминаза, катализирующая образование изопептидных связей в белках,

75

производство и применение которой выросло за последние годы в десятки раз.

Таблица 9.

Источники и сферы применения наиболее часто применяемых ферментов.