Головна

ВИКОРИСТАННЯ ФЕРМЕНТОВ

  1. S: Способи впливу на людей, що мають в своїй основі економічні відносини людей і використання їх економічних інтересів - це
  2. V. Робочий час і його використання
  3. А) Ключові елементи управління підприємством (корпорацією) і їх практичне використання
  4. Активне використання сонячної енергії.
  5. Амортизаційні відрахування і їх використання на підприємстві. Фізичний і моральний знос основних фондів.
  6. Аналіз використання робочого часу, які показники характеризують використання робочого часу.
  7. Аналіз складу, структури і динаміки власного капіталу організації. Формування та використання власних коштів. Оцінка ефективності власного капіталу.

Всі біохімічні реакції, що протікають в живих організмах, катализируются ферментами, які за своєю будовою білками. Їх друге рівнозначне назва - ензими, а галузь науки, що вивчає ферменти, називається ензимологія. Отже, ферменти або ензими - це спеціалізовані білки, що містяться в клітинах і позаклітинних рідинах мікроорганізмів, рослин і тварин. Вони беруть участь в реакціях розщепленні білків, ліпідів і полісахаридів в шлунково-кишковому тракті, в процесах внутрішньоклітинного обміну речовин, в утворенні і виведенні з організму кінцевих продуктів обміну, в енергетичних процесах, в знешкодженні токсичних речовин, в синтезі клітинних білків та інших біогенних з'єднань, необхідних для життєдіяльності.

Ферментативні процеси застосовуються з доісторичних часів у всіх сферах діяльності людини. Виноробство і пивоваріння, сироваріння та отримання соєвих продуктів, лікування порушень травлення і вироблення шкір - найбільш характерні приклади використання ферментів. Джерелами ферментів служать тканини рослин, тварин і культури мікроорганізмів. Так, трипсин, що виробляється в підшлунковій залозі (pancreas) Людини і тварин, а також комплекс протеолітичних ферментів підшлункової залози (панкреатин) застосовуються при хворобах органів травлення і в переробці м'ясних продуктів. Сичужний фермент (ренін), що міститься в слизовій оболонці шлунка теляти, необхідний для вироблення сиру. З рослин отримують ферменти, що розщеплюють білки (протеази), які використовуються в м'ясопереробній промисловості. Застосування ферментів в хімічних і харчових технологіях обумовлено їх специфікою, а також високою активністю при проведенні реакцій в м'яких умовах і відсутністю побічних продуктів реакцій.

Початком промислової ензимології вважається 1890 року, коли було освоєно виробництво амілази з гриба Aspergillus oryzae, Що розщеплює ?-1,4-глікозидні зв'язку в крохмалі. Препарат під назвою такадіастаза, що містить, поряд з амилазой домішка протеази, застосовувався як засіб, що поліпшує травлення. Виробництво і використання ферментів в промислових цілях почалося в ХХ ст. У 1913 р в країнах Західної Європи набуло застосування засіб для замочування білизни, що містить соду і протеолітичні ферменти підшлункової залози: трипсин і хімотрипсин. Справжнім переворотом в пральні технології, в середині ХХ століття, стало використання протеази, що отримується з Bacillus subtilis, Для замочування і прання білизни. Додавання до прального порошку 0,5% ферментного препарату, що містить всього 3% активного ферменту, дозволяє вирішити проблему відпирання білкових плям, завдяки тому, що протеаза з високою спорідненістю концентрується саме на білкових плямах. З другої половини ХХ ст. виробляються сотні тонн очищених ферментів різного призначення. Близько половини одержуваних ферментних препаратів доводиться на протеази. Постійно розширюються їх асортимент і сфера застосування. Протеази використовуються для пом'якшення м'яса і збільшення виходу якісних м'ясних продуктів, створаживания молока і виробництва нових молочних продуктів, для запобігання холодного помутніння пива і розщеплення клейковини борошна, а також для отримання білкових гідролізатів і сумішей амінокислот харчового і медичного призначення.

За будовою активного центру протеази ділять на тіоловиє, серинові, аспартатного (кислі) і металлоферментов. Ряд тіолових ферментів, що застосовуються для підвищення фізико-хімічних і якісних показників м'ясних виробів, виділяють з рослинної сировини. До них відносяться папаин з плодів динного дерева, бромелаин з стебел і листя ананаса, а також фицин з рослин роду Ficus. Перераховані ферменти відрізняються дорожнечею, оскільки їх продуцентами є тропічні рослини. Внаслідок цього в м'ясне виробництво все більше впроваджуються кислі протеази, синтезовані грибами, і схожі за властивостями на пепсин і ренін. Кислі протеази застосовуються і в інших галузях харчової промисловості. Зокрема, в хлібопекарському виробництві - для розщеплення клейковини борошна з метою отримання м'якого еластичного тесту, що йде на виготовлення бісквітів. У пивоварінні вони використовуються для запобігання помутніння пива при його охолодженні. Кислі протеази звурдженого молоко, але вони не можуть замінити ренін при виробленні сиру, так як викликають глибокий гідроліз казеїну; тим не менш, деякі з них використовуються для створаживания молока і виробництва деяких сортів сиру. У країнах Індокитаю з їх допомогою гидролизуют білки сої і готують соєві соуси. Кислі протеази застосовуються також в шкіряної промисловості для видалення шерсті і вичинки м'яких, еластичних шкір.

Серинові протеази, що характеризуються низькою специфічністю і широким оптимумом дії, найчастіше використовують в якості діючого початку в пральних порошках. З них в найбільших кількостях (понад 500 т на рік) виробляється субтілізін Carlsberg. Розроблено технології отримання серінових протеаз з алкілофільних мікроорганізмів, які активні при рН 9-12 і температурі вище 50 ° С. Відмінною особливістю серінових протеаз є те, що вони не гідролізують білки до окремих амінокислот. Обмеженням для їх застосування в пивоварінні є те, що вони інактивуються серинових інгібітором солоду. Більш високу вибірковість дії в порівнянні з серинові протеазами мають металлоферментов, в активному центрі яких зазвичай міститься цинк. Вони використовуються для різних цілей поряд з бромелаїн і папаїном, в тому числі для гідролізу білків ячменю при освітленні пива.

Для вироблення сиру необхідна специфічна протеаза (ренін або сичужний фермент), що розщеплює одну пептидную зв'язок в ?-казеїну. Традиційно цей фермент виробляється з слизової оболонки шлунка телят. У зв'язку з важкодоступністю і дорожнечею сировини протягом тривалого часу йшли пошуки замінника реніну. Однак, жодна з відомих протеаз, в тому числі мікробного походження не відповідала вимогам сироварів. Тільки останнім часом вдалося отримати ренін методом генної інженерії, шляхом впровадження рекомбінантних ДНК, що містить ген сичужного ферменту теляти, в E. coli.

Більше 25% вироблених шляхом біотехнології ферментів є глікозідазамі, що каталізує розщеплення різних полі- і олігосахаридів. Вони застосовуються для гідролізу (оцукрювання) крохмалю, розщеплення сахарози і лактози з метою отримання моносахаридів і безлактозних продуктів, а також на різних стадіях виробництва пива. Для повного розщеплення крохмалю застосовується пуллуланаза, що каталізує розрив ?-1,6-глікозидних зв'язків амілопектину в точках розгалуження. Ферменти бактерій, здатні каталізувати гідроліз ?-глікозидних зв'язків в клітковині, застосовуються в переробці сільськогосподарської продукції, що збільшує вихід харчових вуглеводів.

Близько чверті від загальної кількості вироблюваних промисловістю ферментів, представлені ензимами різних класів, які застосовуються в різних галузях промисловості, в лікуванні та діагностиці захворювань, а також у геноінженерний дослідженнях. Виробництво глюкозооксидази дозволило створити прості автоматичні аналізатори для визначення глюкози в крові, що має життєво важливе значення для хворих на цукровий діабет. Інші окислювально-відновні ферменти (дегідрогенази) також використовуються для аналітичного визначення різних речовин в біологічних рідинах і тканинах. У хімічному синтезі використовується властива ензимам стереохимическая специфічність, тобто здатність «дізнаватися» і каталізувати перетворення тільки одного (L або D) Оптичного ізомеру з рацемической суміші речовин. За допомогою рацемази поділяють оптичні ізомери вуглеводів, амінокислот і інших органічних речовин, що надзвичайно важко здійснити фізико-хімічними методами.

Обсяг продажів ферментів на світовому ринку становить сотні мільйонів доларів на рік, при цьому їх виробництво щорічно зростає на 10-15%. Ферменти отримують з сировини рослинного і тваринного походження, однак найбільш дешевим і технологічним джерелом ферментів є мікроорганізми. У них знайдено близько половини з більше 3000 відкритих до теперішнього часу ферментів, при цьому на частку ферментних білків доводиться до 5% від загальної кількості містяться в мікроорганізмах білкових речовин.

Основні етапи отримання ферментів з мікроорганізмів такі: культивування продуцентів в живильному середовищі протягом 1-7 діб, виділення клітин шляхом центрифугування і їх відмивання, дезінтеграція (руйнування) клітин, центрифугування цитозоля, виділення ферментів з надосадової рідини шляхом висолювання і гельфильтрации, очищення від низькомолекулярних домішок шляхом діалізу, висушування, контроль активності та фасування. Оскільки отримання очищених ферментів досить трудомісткий процес, іноді в технологічних процесах використовують цілі мікробні клітини, що містять необхідні ферменти.

Найбільш ефективним є застосування іммобілізованих ферментів. Іммобілізація, тобто фіксація молекули ферменту на нерухомої матриці, значно, в десятки тисяч разів, збільшує стабільність ферменту і термін його активності, що дозволяє багаторазово або безперервно протягом тривалого часу використовувати ферментний препарат. Іммобілізація здійснюється шляхом приєднання молекул ферментів до носія за рахунок іонних, адсорбційних взаємодій за допомогою ковалентного зв'язку або включенням їх в гелеві, волокнисті структури, в мікрокапсули, ліпосоми. Носіями можуть служити різні полімерні матеріали, силікагель, оксиди металів, целюлоза і інші полісахариди, а також скло і кераміка. Иммобилизуют не тільки очищені ферменти, а й цілі або частково зруйновані мікробні клітини, що економічно більш вигідно.

Технологічний процес за участю іммобілізованих ферментів проводять, як правило, в проточних реакторах (колонах), в яких каталізатор функціонує у вигляді нерухомої фази або в перемішувати шарі. За допомогою іммобілізованих клітин E. coli, Що містять аспартат-аміак-ліази, синтезують аспарагиновую кислоту. Аналогічним методом отримують глутамінової кислоти, треонін, лізин та інші амінокислоти, органічні кислоти і їх оптичні ізомери, а також лікарські препарати, зокрема, стероїдні гормони, антибіотики та інші біогенні речовини.

Ферменти зберігають свої унікальні властивості (ефективність, специфічність дії) і поза клітинами, тому ферментні препарати широко застосовують в практичних цілях. Біологічні каталізатори нетоксичні, працюють в м'яких умовах, в якості субстратів використовується доступне сировину, в тому числі і відходи. У зв'язку з цим застосування ферментів в промисловості вигідно з економічної та екологічної точок зору.

За обсягом продуктів біотехнологічних виробництв ферментні препарати займають третє місце після амінокислот і антибіотиків. З декількох тисяч відомих у даний час ферментів найбільш широко в промисловості використовуються гідролітичні ферменти: амілази, протеази, пектиназу і целюлази.

До цієї групи препаратів належать ?-, ?-амілази і глюкоамілаза. Їх використовують для гідролізу крохмалю і глікогену. В процесі гідролізу спочатку утворюються більш прості полісахариди - декстрини, а в подальшому - глюкоза. При цьому ?-амілаза гідролізує без певного порядку ?-1,4-глюкозидні зв'язку з утворенням декстринів, мальтози і глюкози, ?-амілаза відщеплює залишки ?-мальтози, а глюкоамілаза - залишки глюкози від кінцевих частин молекул полісахариду.

Найбільш широке застосування ці препарати знайшли в харчовій промисловості (виробництво патоки і глюкози).

У біотехнологічному виробництві | Целлюлолітіческіе ферментні препарати


Санкт-Петербург | Рекомендовано до друку редакційно-видавничим радою Інституту холоду і біотехнологій | ВСТУП | Теоретичні основи Біоконверсія | Хімічний склад живих організмів | Фізіологічні функції найважливіших хімічних елементів | Хімічний склад клітин живих організмів | РОБОЧА ПРОГРАМА | Класифікація, номенклатура і методи визначення | Застосування ферментних препаратів в харчовій промисловості |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати