1. Перспективы применения иммобилизованных ферментов в пищевой промышленности

Амилазы используются

• для получения чистой глюкозы из кукурузной и маисовой муки в кукурузную и мольтозную патоку, которую затем используют (в крахмало-паточной промышленности),

• для удаления крахмала, который приводят к постепенному загустеванию продуктов, помутнению соков, экстрактов, ухудшению их вида (при производстве овощепродуктов),

• для очистки от крахмала стоков бумажных фабрик (амилазы, иммобилозованные на нейлоне, пористом стекле, окиси никеля и ПАА),

• в перспективе - для получения полисахаридов (крахмала) из отходов (целлюлозной промышленности).

-амилазу используют

• для получения очищенной мальтозы (сиропы) из крахмала.

Глюкоамилазу, иммобилизованную на целлюлозных волокнах (триацетат целлюлозы, ДЭАЭЦ), ПААГ, глиноземе, активированном угле, пористой полиэфирной пене, деазотированном акриламидом пористом стекле, используют

• для получения глюкозы и фруктозы из крахмала и мальтозы (позволит резко снизить потребности в импорте сахара). Связывание предохраняет фермент от действия протеолетических ферментов микробной флоры. Так, при иммобилизации фермента на ионообменнике имберлите 1В-45 сохранялась высокая стабильность фермента (за 15 дней работы по 8 часов в день при температуре 45 С активность снизилась на 28 %).

Иммобилизованная в ПААГ глюкоамилаза сохраняла большую стабильность, недостатком являлась ограниченная скорость протекания раствора субстрата через колонку с гель-ферментом. Такие же трудности и при использовании ДЭАЭЦ.

Для гидролиза крахмала применяли две основные реакторные системы: 1)колонку с насадкой, заполненной иммобилизованным ферментом, раствор крахмала пропускали сверху вниз с заданными скоростями; 2)реактор с лопастными колесами для удержания фермента.

Глюкоамилаза (из Aspergilus awamori), иммобилизованная при помощи ионных связей на ДЭАЭЦ в 4-х литровом реакторе с перемешиванием при 55 С и скорости прохождения 5%-ного крахмала 500 мл/час выход глюкозы составил 29,4 %. При использовании 30 % крахмала и скорости потока 100-360 мл/час выход глюкозы составлял 13,2 %. Продолжительность работы реактора без существенного снижения активности фермента - один месяц.

В качестве примера, реализованного с помощью иммобилизованных ферментов технологического процесса можно привести получение глюкозо-фруктозного сиропа из кукурузного крахмала. Этот сироп используется для получения кондитерских изделий. Процесс осуществляется с помощью трех иммобилизованных ферментов:

1. -амилазы, катализирующей гидролиз крахмала до олигосахаридов небольшой длины (декстрины);

2. амилоглюкозидазы (глюкоамилазы), с помощью ее получается глюкоза;

3. глюкозоизомеразы, превращающий глюкозу в равновесную смесь глюкозы и фруктозы.

Лактазу (-галактозидазу), иммобилизованную на пористом листе целлюлозы, ДЭАЭЦ, пористом стекле или измельченном каллогене применяют

• для предупреждения кристаллизации лактозы в кремах, концентратах цельного молока, молочной сыворотке, мороженом. При кристаллизации молочный сахар дает зернистое или песчаное мороженое с пониженными вкусовыми качествами и плохим товарным видом. Кроме того, ферментные препараты на основе -галактозидазы также применяются

• для удаления лактозы из продуктов питания, к которой у некоторых людей бывает врожденная непереносимость. Применение для этой цели галактозидазы представляется перспективным.

Галактозидаза, присоединенная к пористым листам целлюлозы и ДЭАЭ-целлюлозы теряла стабильность при замораживании и оттаивании. При хранении в течение 3-5 не­дель при 2 С препараты нековалентно связанной галактозидазы теряли 4-6 % активности в неделю, а ковалентно связанной - 1 - ­1,7 % активности в неделю (Шарп и сотр.). Иммобилизованная на пористой целлюлозе галактозидаза имела активность, равную активности исходного фермента.

-галактозидазу, иммобилизованную на микроволокнистом нейлоне, применяли в проточном реакторе

• для гидролиза стахиозы из соевых бобов, раффинозы в разбавленной свекольной мелассе (черной патоке).

Разрабатываются способы применения иммобилизованных ферментов для обработки и утилизации отходов пищевых про­дуктов. Так, Роуэр ___ проназу и -галактозидазу, свя­занные с пористым стеклом использовали

• для разрушения -лактоглобулинов из сыворотки молока. Водонерастворимые комплексы проназы с КМ-целлюлозой оказались устойчивым против автолиза и имели более высокую стабильность по сравнению с растворимым фермен­том. Применение иммобилизованных ферментов позволит также

• получать аминокислоты из гидролизатов сы­воротки молока и углеводов.

Перспективным является использование инвертазы (- фруктофуранозидазы), иммобилизованной в поры триацетатцеллюлозного, диацетатцеллюлозного, этилцеллюлозного, поливинилхлоридного и др. волокон

• для получения инвертного сахара гидролизом сахарозы. Инвертный сахар используется в кондитерской промышленности, так как обладает высокой гигроскопичностью (замедляет высыхание, препятствует образованию крупнокристаллических структур, обуславливающих затвердевание кондитерских изделий - помадных конфет, пастилы, вафель).

Целлюлотические ферменты (целлюлаза, гемицеллюлаза, пулаланаза и др.) еще не нашли широкого применения в пищевой промышленности, однако их использование к качестве иммобилизованных ферментов весьма перспективно

• для для получения глюкозы и др. пищевых сахаров из целлюлозного сырья. Можно использовать микробные целлюлазы (Aerobacter aerogenes, Cellulomonos sp. и др.).

Широкие перспективы для использования иммобилизованных ферментов вообще и в пищевой промышленности в особенности открывает применение реакторов на иммобилизованных ферментах в сочетании с ультрофильтрационной мембраной. Применялась для непрерывного гидролиза крахмала иммобилизованными -амилазой и глюкоамилазой.

В пищевой промышленности широко используется глюкозооксидаза (окисляет глюкозу в глюконовую кислоту)

• для удалением кислорода из пищевых продуктов и увеличения сроков хранения (фруктовых соков, пива, безалкогольных напитков и т.д.). Яичный порошок, как известно, содержит глюко­зу, и ее постепенное окисление ухудшает пищевую ценность порош­ка - появляется неприятный вкус и порошок приобретает коричневую окраску. Обессахаривание предотвраща­ет эти изменения.

В литературе описан способ ковалентного связывания глюкозооксидазы с никельалюмосилакатным носителем, предваритель­но активированным -амидопролтриэтоксиланом, а затем дей­ствием тиофосгена, переведенным в изотиоцианатное производное. Наилучшие характеристики подучили для носителя, который содержал 2-8 % Ni (по весу). Время полуинактивации глюкозооксидазы при 5 С составляло 10 суток. Интересно отметить, что активность полученного на таком носителе фермента состав­ляла только 50 % от активности глюкозооксидазы, связанной с порис­тым стеклом. Глюкозооксидаза из Aspergillus niger, внедрен­ная в коллаген при помощи электрофореза, в начальный период работы быстро теряет активность (до 15 % от исходной), что объяс­няется частичным вымыванием фермента, непрочно связанного с матрицей, однако остаточная активность затем сохраняется в те­чение трех месяцев без изменения.

Кестнером и сотрудниками показана возможность удаления кислорода из фруктовых соков при помощи иммобилизованной в ПААГ глюкозооксидазы При низкой скорости пропускания соков (0,6-0,7 мл/мин, 30°С) степень удаления кислорода составляла 70-80 % от исходного количества. В течение 9 часов работы с вишневым соком активность иммобилизованной глюкозооксидазы ос­тавалась постоянной.

В работе 370 Показана возможность приме­нения иммобилизованной глюкозооксидазы в системе с другими фер­ментами (каталазой и протеолитическими ферментами) для удале­ния кислорода, глюкозы, перекиси водорода и белков из пищевых продуктов.

Тепловая обработка молока с целью пастеризации наряду с разрушением патогенных микроорганизмов как правило инактивиру­ет некоторые ферменты (липазу, фосфатазу, протеазы), а также кислотообразующие микроорганизмы. Поэтому "холодная" стерили­зация молока при помощи перекиси водорода представляется более перспективной, так как количество патогенных микроорганизмов при такой обработке резко уменьшается, в то время как микроор­ганизмы, продуцирующие молочную кислоту, не затрагиваются.

Показана высокую эффективность применения иммобилизованной каталазы

• для удаления перекиси водорода в молоке после "холод­ной" стерилизации. Однако сам субстрат инактивировал каталазу.

Для целей стерилизации пригодной оказалась и иммобилизованная лактопероксидаза: при обработке клеток небольшими количествами нерастворимого фермента содержание жизнеспособных клеток уменьшалось почти на 50 %.

В работе __ Описано применение пепсина, иммобилизованного на стекле

• для непрерывного створаживания молока. 0,05 М раствор перекиси водо­рода, используемый для стерилизации, не инактивирует фермент.

Каталаза, связанная со стеклом при помощи глутарового альдегида была исполь­зована

• для последующего удаления перекиси водорода, причем активность иммобилизованной каталазы была близка к нативной. Каталаза, иммобилизованная таким способом, была стабильна при кислых и нейтральных значениях рН и невы­сокой ионной силе раствора в течение трех месяцев. В производстве пива и фруктово-ягодных соков иммобилизованные ферменты могут быть использованы для удаления нежела­тельных примесей.

Иммобилизованые пектиназы могут быть ис­пользованы

• для осветления (депектанизации вин и ягодных соков, так как оставшийся в растворе пектин способствует образованию осадка.

Папаин, иммобилизованный на алкиламидном пористом стекле, также пригоден

• для удаления мути из вин и фруктово-ягодных соков. Этот фермент, и помещенный в реактор непрерывного действия, сохранял 50 % активности после 35 суток.

Интересными объектами для иммобилизации могут быть также пектиндеполимеразы, применяемые

• для экстрак­ции оливкового масла при механической обработке маслин.

Иммобилизованная нарингиназа может найти применение

• для удаления горького привкуса соков цитрусовых, обусловленного присутствием нарингина (7-рамнозидо-В-глюкозадо-4,5,7-три­оксифлавонола).