4.3 Получение и использование ферментных препаратов

В основе процессов, происходящих при изготовлении и хранении многих пищевых продуктов, лежат изменения, вызываемые деятельностью тканевых ферментов, или ферментных препаратов и ферментов, выделяемых микроорганизмами.

Изучение механизма действия ферментов помогает выяснить процессы, происходящие при посмертном созревании мяса и рыбы, дозревании плодов, изготовлении пива, соков, вина, сыров, чая, кофе, табака и других продуктов, что дает возможность установить сроки и необходимые условия хранения (температуру, влажность, газовый состав среды) для продуктов. Например, для хранения картофеля в зимний период рекомендована температура 4°С, так как более высокая температура (свыше 4°С) и более низкая (0°С) способствуют активизации ферментов и снижению качества продукции. Ферментативные процессы, в яблоках резко замедляются при хранении их в среде с пониженным содержанием кислорода (2—3 %) и повышенным количеством углекислого газа (3—5 %) по сравнению с обычной атмосферой. Такая газовая среда рекомендована для увеличения срока хранения этих плодов.

Применение ферментов позволяет в большинстве случаев интенсифицировать технологические процессы, повышать качество готового продукта, улучшать его товарный вид, снижать себестоимость производства, расширять сырьевые ресурсы.

Ферментные препараты применяют в хлебопечении, виноделии, спиртовом, пивоваренном и соко-экстрактном производствах, в кондитерской, крахмало-паточной, мясо-перерабатывающей и рыбной промышленности, в сыроделии и других отраслях пищевой промышленности, в сельском хозяйстве — при приготовлении кормов, в легкой промышленности — при обработке кож, льна, мехов, в медицинской промышленности — для получения лекарств и т. д.

Ферменты способны осуществлять каталитические функции вне клетки и вне организма, поэтому для практических целей представляет большой интерес выделение ферментов и их использование в пищевой, легкой, медицинской и некоторых других отраслях промышленности, сельском хозяйстве, на предприятиях общественного питания и т. д.

Ферментный препарат отличается от чистого фермента тем, что в нем содержатся балластные вещества и несколько ферментов.

Для производственных целей ферментные препараты могут не подвергаться тщательной очистке, тогда как для научно-исследовательских работ и лекарственных целей нередко требуется выделять ферменты в чистом виде.

Из растительного сырья для промышленных целей чаще всего выделяют протеолитические ферменты — папаин из дынного дерева (папайи), фицин — из растения инжира, бромелаин — из ананаса. Все эти препараты существенно улучшают качество мяса, способствуя размягчению жестких частей. Из проросшего зерна получают ферментные препараты для гидролиза крахмала.

Источником получения ферментных препаратов служат также органы и ткани животных, богатые ферментами. Так, поджелудочная железа богата химотрипсином, трипсином, коллогеназой и др.; слизистая оболочка свиных желудков и сычугов крупного рогатого скота содержат ферменты пепсин и липазу; в сычужках молочных телят и ягнят находится сычужный фермент реннин, используемый для свертывания молока при производстве сыров.

Промышленное получение ферментных препаратов из растительного и животного сырья лимитируется ограниченностью сырьевых ресурсов и относительно небольшим ассортиментом ферментов, которые могут быть из него получены. Поэтому наиболее перспективно производство ферментов микробного происхождения, так как источник микробиологического сырья огромен и набор ферментов в этом сырье очень широк.

Продуцентами ферментов могут быть бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты. Многие микроорганизмы могут синтезировать одновременно комплекс ферментов, но имеются и такие, которые накапливают в наибольших количествах только один фермент.

Широко известны препараты амилолитических, пектолитических и протеолитических ферментов, глюкооксидазы, каталазы и другие, получаемые с помощью микроорганизмов.

Плесневые грибы, дрожжеподобные микроорганизмы и спороносные бактерии синтезируют амилолитические ферменты. Для получения амилолитических ферментных препаратов чаще всего используют грибы рода Aspergillus.

Пектолитические ферменты получают с помощью Penicillum, Aspergillus и некоторых других.

Протеолитические ферменты способны вырабатываться многими плесневыми грибами, актиномицетами и бактериями. Но наиболее часто используются в качестве продуцентов Bac. subtilus и грибы различных видов рода Aspergillus.

Продуцентами глюкооксидазы и каталазы являются некоторые виды грибов рода Aspergillus и Penicillum.

Амилолитические ферментные препараты применяют в хлебопекарной промышленности для улучшения качества и аромата хлеба. При этом время созревания теста снижается на 30 %, а расход сахара на производство булочных изделий высших сортов уменьшается вдвое. В пивоваренной, спиртовой и крахмало-паточной промышленности амилолитические ферменты применяют для осахаривания крахмала. В пивоваренной промышленности применение ферментных препаратов позволяет сэкономить около 165 килограммов ячменя при производстве каждого декалитра пива.

Применение пектолитических ферментов, глюкооксидазы и каталазы, вызывающих мацерацию клеточных стенок и гидролиз пектиновых веществ, позволяет повысить выход сока из слив, абрикосов, персиков и черной смородины на 25—30 %.

Ферменты, выделяемые микроорганизмами, используют при производстве кисломолочных продуктов, квашеных овощей и др.

Особое значение имеют ферментные препараты в медицине для лечения многих заболеваний. Так, при лечении желудочных заболеваний используют ферментные препараты пепсина, трипсина и другие, получаемые из тканей животных.

Широко используют ферментные препараты в кожевенном и меховом производстве для снятия волос со шкур и размягчения кожевенного сырья. В текстильной промышленности с помощью ферментов производят расшлихтовку тканей, в результате чего значительно повышается производительность труда.

С помощью ферментов в больших количествах ведется промышленная выработка аминокислот и белковых препаратов, в первую очередь для животноводства.

Для получения микробиологических ферментных препаратов производят посевы чистых культур на стерильные среды определенного состава с определенной величиной рН и температурой. После выращивания микроорганизмов культуральную жидкость, содержащую растворимые вещества, отделяют от клеточного материала и нерастворимых составных частей среды. Для этого применяют центрифуги или фильтрование. Концентрирование неочищенных ферментных растворов производится выпариванием под вакуумом при низких температурах.

В лабораторной и промышленной практике широко используют жидкие ферментные препараты. Для выделения ферментов из культуральной жидкости применяют два способа — осаждение и адсорбцию. Осаждение ведется при низкой температуре во избежание денатурации и инактивирования ферментов. Осаждение чаще всего осуществляется органическими растворителями и неорганическими солями. Для высокой очистки осадки растворяются и обрабатываются методами хроматографии, электрофореза, диализа, кристаллизации и др.