1. Ферментативный гидролиз целлюлозы

Разложение целлюлозы микроорганизмами происходит под действием микробных внеклеточных ферментов.

Разрушающие целлюлозу ферменты (целлюлазы) образуются в результате биосинтеза микроорганизмов. К целлюлазам относится целый комплекс ферментов, которые постадийно гидролизуют целлюлозу до глюкозы.

Ферментативный гидролиз целлюлозы постоянно осуществляется в природе при разложении растительных остатков микроорганизмами. Наибольшей способностью к синтезу целлюлазного комплекса ферментов обладают среди аэробных организмов микроскопические грибы, например грибы из рода Trichoderma. Но этот процесс идет медленно, что объясняется прежде всего сложностью строения целлюлозы. В отличие от других типов ферментативных реакций, которые протекают в растворе, целлюлазы действуют на разделе фаз раствора ферментов и нерастворимой поверхности субстрата. На скорость ферментативного гидролиза целлюлозы оказывают прямопропорциональную зависимость концентрация фермента, сорбированного на субстрате, и площадь поверхности субстрата.

В настоящее время ферментативный гидролиз древесного растительного сырья в промышленном масштабе пока не проводится. Это объясняется отсутствием высокоактивных препаратов, способных превращать нативную целлюлозу в реакционноспособный продукт, доступный для действия гидролитических ферментов. Положительное влияние на целлюлозу оказывает предварительное физико-химическое воздействие: размалывание, радиация и другие.

Кристаллическая и аморфная целлюлоза

Деполимеризованная целлюлоза

Глюкоза

Эндоглюканаза

Рисунок 2. Схема ферментативного гидролиза целлюлозы.

2.Ферментативный гидролиз крахмала

Углеводная часть крахмала представлена двумя полисахаридами: это амилоза и амилопектин. Они имеют общую формулу (С₆Н₁₀О₅)_n .

Амилоза. Молекулярная масса – 0,3…1 млн. Строение – длинные цепочки глюкозных остатков, соединенных α-1,4 гликозидными связями. Цепочки соединяются между собой и образуют спирали.

Амилопектин. М.м. –сотни млн. Строение – разветвленные цепи. В основе – цепочка с α-1,4 гликозидными связями и через 15…30 единиц имеются ответвления по α-1,6 гликозидной связи (из 15…18 остатков).

Гидролиз проводится амилолитическими ферментами: α- и β-амилазами и глюкоамилазой.

Таблица 4 - Характеристика ферментов, используемых

для ферментативного расщепления крахмала

Фермент	Оптимальные условия		Механизм действия	Продукты расщепления амилозы	Продукты расщепления амилопектина
	Температура, 0С	рН
α-амилаза: -солода -бактери-альная -микроб-ная	70 85…95 50…80	5,7 5…6 4,5…5	Эндофермент; расщепляет α-1,4 связи внутри молекулы амилозы и амилопектина; механизм многоцепочный, неупорядоченный	мальтоза, мальтотриоза и небольшое количество глюкозы	Мальтоза, низкомолеку-лярные декстрины (п=5…8)
β-амилаза	62…63	4,8	Экзофермент; расщепляет α-1,4связи с нередуцирующих концов амилозы и амилопектина	мальтоза	мальтоза
Глюко-амилаза	55…60	3,5…5,5	Экзофермент; расщепляет α-1,4- и α-1,6 связи с нередуцирующих концов амилозы и амилопектина	глюкоза	глюкоза

Процесс гидролиза крахмала протекает постадийно:

клейстеризация→разжижение→осахаривание

Клейстеризация – набухание крахмальной гранулы, нарушение целостности гранул.

Разжижение – перевод крахмала в растворенное состояние.

Осахаривание – разрыв связи в молекуле с образованием простых сахаров под действием ферментов.

Гидролиз крахмала контролируется по йодной пробе:

Крахмал синий

↓ ↓

амилодекстрины (М.м.=10000…12000) фиолетово-синий

↓ ↓

эритродекстрины (М.м.=4000…7000) красно-бурый

↓ ↓

ахродекстрины (М.м.=2900…3700) цвет йода