И Saccharomyces carlsberqensis, используемые для получения фермента инвертазы

10.2. Механизм биотехнологического действия ферментов

Получаемая с помощью инвертазы фруктоза оказывает благоприятное действие на организм больного человека.

Фруктоза применяется: 1.В питании людей, больных диабетом. Ее расщепление не зависит от инсулина, что способствует нормализации синтеза гликогена в организме. 2.Фруктоза улучшает усвоение препаратов, содержащих железо, поэтому ее можно использовать при лечении анемии, вызванной недостатком ионов железа в организме. 3. Улучшает состояние людей, страдающих сердечной недостаточностью. 4. Она предотвращает накопление жира в печени. 5.Фруктоза снижает заболеваемость кариесом.

Лактаза – фермент, который расщепляет лактозу (сахар, содержащийся в молоке) на галактозу и глюкозу. Лактоза с трудом усваивается животными организмами, не сбраживается хлебопекарными дрожжами. Слабая растворимость лактозы мешает переработке молока. Применение иммобилизованной лактазы позволяет: 1. Получать концентрированные молочные продукты. 2. Избегать добавления химических стабилизаторов в мороженое. 3. Увеличить питательность смесей для детского питания. 4. Осуществлять ферментативный гидролиз лактозы в молочной сыворотке, что позволяет применять ее в качестве корма для животных и птицы.

Ферменты сохраняют свои уникальные свойства (эффективность, специфичность действия) вне клеток, поэтому их традиционно широко применяют в практике. Они являются нетоксичными биологическими катализаторами, оказывающими «мягкое» воздействие. Используется доступное сырьё (в том числе отходы), поэтому их получение в выгодно с экономической и экологической точек зрения.

По объёму производства ферменты занимают третье место после аминокислот и антибиотиков. Из более 2000 известных в настоящее время ферментов в промышленности используется около 30. Основная часть ферментов, поступающих на мировой рынок, приходится на долю гидролаз, из которых 60% составляют пептидогидролазы, использующиеся в качестве детергентов в производстве синтетических моющих средств, а 30% – гликозидазы, применяющиеся в производстве кондитерских изделий, фруктовых и овощных соков. Ферменты находят применение в текстильной, кожевенной, целлюлозобумажной, медицинской, химической промышленности (табл.10.1).

Таблица 10.1. Область использования ферментов

Название фермента	Источники фермента	Химические и биотехнологический процессы. Область использования
1	2	3
Амилаза	Бактерии, грибы (Bacillus sp. Aspergillus niger)	Гидролиз крахмала до декстринов, мальтозы и глюкозы. Спиртовая, пивоваренная промышленность, хлебопечение, получение патоки, глюкозы
Глюко-изомераза	Более 80 видов микроорганизмов (Bacillus sp., Streptomices albus)	Изомеризация D- глюкозы в D – фруктозу. Кондитерская, ликёроводочная, безалкогольная промышленность, хлебопечение
Глюко-оксидаза и каталаза	(Penicillium chrisogenum, P. casei)	Удаление кислорода и глюкозы (из яичного порошка, мясных и др. продуктов). Виноделие, пивоваренная, консервная, соковая и безалкогольная промышленность
Липаза	Поджелудочные железы животных, семена растений, микроорганизмы (Candida lipolitica, Streptomices flavor-griseus)	Гидролиз жиров и масел. Пищевая, лёгкая, медицинская промышленность, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство, бытовая химия
Пектиназа	Многие микроорганизмы (Aspergillus ssp.,Fusarium ssp., Penicillium ssp.и др.)	Гидролиз галактуронана, осветление вина и фруктогвых соков
Целлюлаза	Микроорганизмы: Closnridium ssp., Trichoderma reesei, Alternaria tenuis	Гидролиз целлюлозы до глюкозы. Производство пищевых и кормовых белковых препаратов, этанола, глюкозо-фруктозных сиропов. Спиртовая, пивоваренная, пищеконцентратная промышленность.
Продолжение таблл.10. 1.
1	2	3
Пептидогидролаза	Поджелудочная железа, и слизистая желудка животных; плоды, побеги, отходы переработки некоторых растений (дыня, инжир, ананас), микроорганизмы (Bacillus ssp., Aspergillus ssp., Penicillium ssp., Streptomices ssp.)	Лизис белка. Получение аминокислот, производство и получение сыра, размягчение мясных и рыбных изделий, выделка кожи, активизация пищеварения. Пивоварение, виноделие, хлебопечение, пищевая промышленность, сельское хозяйство, медицина
Фруктофуранозидаза	Микроорганизмы: Aspergillus ssp., Penicillium ssp., Fusarium ssp., Bacillus subtilis	Инверсия сахарозы. Кондитерская, ликёроводочная, безалкогольная промышленность, сиропопроизводство

По прогнозам учёных, основным потребителем ферментов в ближайшем будущем остаётся пищевая промышленность. Главное место среди этих энзимов занимают глюкоизомераза и глюкоамилаза, применяющиеся для приготовления обогащённых фруктозой кукурузных сиропов и составляющие около 50% рынка пищевых энзиматических препаратов.

Для деградации и модификации органических соединений, поступающих в окружающую среду, используют ферменты пептидогидролазы. Перспектива для очистки сточных вод - новая технология, основанная на использовании реакции пластеинообразования, открытой А.Я. Данилевским в 1996 году. Сущность работ учёного состоит в практическом доказательстве возможности синтеза белковоподобных веществ (пластеинов) под действием ферментов. Сточные воды содержат аминокислоты и пептиды, концентрация которых возрастает в результате гидролиза белковых компонентов отходов под воздействием пептидогидролаз. Данная технология уже внедрена в большинстве стран Европы, нацелена на производство в промышленных масштабах кормовых белков из аминокислот и пептидов сточных вод.

Ферменты широко используют в медицине, например в составе лечебных препаратов. Амилазу и липазу применяют при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и печени. В последние годы эффективно применяют протеиназы в лечении злокачественных новообразований. Это объясняется бóльшей проницаемостью мембран раковых клеток для ферментов в сравнении с нормальными клетками, благодаря чему опухолевые клетки быстро лизируются при введении смеси протеиназ (препарат «папайотин»).

Фермент плазмин используют для растворения тромбов в кровеносных сосудах; коллагеназу – для рассасывания рубцовых образований; эластазу – для задержки развития атеросклероза; лизоцим – для лечения конъюнктивитов; дезоксирибонуклеазу из стрептококка (стрептодорназа) – для лечения заболеваний верхних дыхательных путей и роговицы глаза.

Важнейшую область применения ферментов в медицине составляет диагностика, то есть тестирование патологии того или иного органа человека по уровню активности фермента или соотношению его множественных форм и изоферментов. Так, аспартатаминотрансфераза служит для выявления инфаркта миокарда; аланинаминотрансфераза – для диагностики заболеваний печени; глутамилтрансфераза – для блокировки отторжения органов при их пересадке и т. д.

Таким образом, производство ферментных препаратов занимает одно из ведущих мест в современной биотехнологии и относится к тем её отраслям, объём продукции которых постоянно растёт, а сфера применения неуклонно расширяется. По объёму производства ферментов лидируют страны Европы, но в последние годы активизировались также США и Япония.