Температура

Температура впливає на швидкість реакції утворення фермент-субстратного комплексу і на всі наступні етапи перетворення субстрату, що призводить до при­скорення каталізу. При енергії активації 48 кДж-кмоль (для ферментативного гід­ролізу крохмалю вона дорівнює 45 кДж-кмоль ) швидкість реакції подвоюється при збільшенні температури від 22 до 32° С.

При значному підвищенні температури проходить теплова денатурація фер­ментативного білку, що призводить до поступової втрати ферментом каталітичних властивостей, проявляється теплова інактивація.

Тому при температурах, вищих 50° С, денатурація ферментативного білка різко посилюється, і хоч швидкість перетворення субстрату продовжує рости, активність ферменту, виражена кількістю перетвореного субстрату за одиницю часу, падає.

Температура, при якій каталітична активність ферменту максимальна, назива­ється його температурним оптимумом.

62

Температурний оптимум для різних ферментів неоднаковий.

Якщо визначити константу швидкості реакції при двох різних температурах, то енергія активації може бути виражена такою формулою (відповідно із рівняння Арреніуса)

де А - енергія активації, кДж-кмоль ;

- універсальна газова постійна , дорівнює 8,3134 кДж/(моль • К); і Т₂ - абсолютні температури, К;

і - константи швидкості реакцій відповідно при температурі і Т₂. Чим нижча енергія активації, тим досконаліше проходить процес. Зміни активності в залежності від температури різні у одного і того ж ферме­нту, але різного походження. Наприклад, термостабільність амілаз можна записати в такій послідовності: бактеріальна > солодова > грибна.

Температурний оптимум для ферментів солоду із різних культур зерна неод­наковий (рис. 4.2). Для ячмінного і просяного солодів він не перевищує 55° С, для вівсяного - 50° С.

Рис. 4.2 Вплив температури на оцукрюючу здатність солодів:

1 - житнього; 2 - пшеничного; 3 - ячмінного; 4 - кукурудзяного;

5 - просяного; 6 - вівсяного

При подальшому підвищенні температури проходить теплова денатурація біл­кової молекули фермента і зниження а£о повна втрата (75-85° С) каталітичної акти­вності (дані приведені для гідролізу 2%-ного розчину крохмалю). Підвищення кон­центрації вуглеводів у суслі сприяє збільшенню їх термостабільність Наприклад, оптимальна температура для дії -амілази ячмінного солоду в суслі - біля 70° С, -амілази - 60° С. У виробничих умовах температуру оцукрювання тримають в межах 57-58° С. Небажана менша температура, бо вона може сприяти розвитку кислотоутворюючих бактерій.

-амілази мікробного походження мають різні температурні оптимуми дії (в °С): - 52, - 55, - 60, - 70,

- 80. Глкжоамілази різних продуцентів мають температурний опти­мум 55-60° С.

Іноземні фірми ( , Данія та ін.) виробляють концентровані ферме-

нтні препарати, які мають різні температурні оптимуми. Наприклад, ферментні препарати, які містять -амілазу, (продуцент селекційований штам

) відрізняється високою термостабільністю - 90-95° С; (продуцент селекційований штам І - 75° С.

Ферментний препарат , що містить глюкоамілазу (продуцент селекційо-

ваний штам ) має температурний оптимум 75° С, рН - 4,0-4,5. Ак-

тивно діє протягом усього періоду бродіння.

Ферментний препарат . містить глюкоамілазу, грибну -амілазу і

бактеріальну нейтральну протеіназу. Оптимум дії - 55° С.

Під час зброджування сусла (температура 28-30° С) бактеріальні -амілази май­же припиняють каталітичну дію, тоді як -амілаза мікроміцетів продовжує діяти.

Оптимум температури дії ферментів залежить від тривалості реакції - для ко­ротких періодів оптимальна температура більш висока, ніж для тривалих.

Температурний оптимум дії амілаз не співпадає з оптимальною температурою їх стабільності. Оптимальна температура стабільності ферментів нижча темпера­турного оптимуму їх активності.

У першій основній стадії оцукрювання крохмаль гідролізується частково і гі­дроліз продовжується при зброджуванні сусла. Тому для зберігання активності амі-лолітичних ферментів температура в першій стадії оцукрювання не повинна пере­вищувати оптимальну. У виробничих умовах вона складає 57-58° С.

Продукти гідролізу крохмалю і білки сповільнюють інактивацію ферментів. Тому у виробничому суслі оптимальна температура оцукрювання може збільшува­тися з підвищенням концентрації сухих речовин.

Величина рН середовища

Зміни рН середовища значно впливають на активність ферментів. Вплив кон­центрації іонів водню на каталітичну активність ферментів полягає у впливі на їх активні центри. При різних значеннях рН реакційного середовища активний центр може бути більше або менше екранований сусідніми з ним фрагментами поліпеп-тидного ланцюга білкової частини ферменту, більш сильно або слабоіонізований. Кислотні й основні групи ферментів здатні до іонізації. При зміні рН середовища внаслідок приєднання -іонів зменшується ступінь іонізації одних або

других груп. У тому випадку, коли ці групи є активними центрами ферментів, іони або відіграють роль конкурентних інгібіторів ферментів. В інших випадках іони *бо призводять до порушення конформації і комплементарності фер­менту і субстрату, тобто виступають як реконкурентні інгібітори.

Крім того, рН середовища впливає на сутність іонізації субстрату, фермент-субстратного комплексу і продуктів реакції, має великий вплив на стан ферментно-

64

Одержання солоду та мікробних ферментних препаратів

го білка, визначаючи співвідношення в ньому катіонних і аніонних центрів, що впливає на третичну структуру білкової молекули. Певна третична структура біл-ка-фермента необхідна для утворення фермент-субстратного комплексу.

Оптимальне значення рН дії ферменту залежить від природи ферменту і суб­страту, його концентрації, від стабільності ферменту, температури середовища та тривалості каталітичної реакції.

Термін "оптимум рН" не має строго визначеної фізичної суті. Правильніше показувати межі рН, сприятливі для даної ферментативної реакції.

Максимальна активність -амілази ячмінного солоду при рН 5,4-5,7,1 -аміла­зи - 4,5-5,0.

З підвищенням температури середовища оптимальне значення рН дії фермен­ту збільшується. Наприклад, оптимальне значення рН дії амілаз при температурі 50° С - 4,8, 60° С - 5,1, 70° С - 5,9.

Більшість глюкоамілаз має оптимальне значення рН 4,5. Тому в

процесі зброджування сусла активність глюкоамілаз у значній мірі зберігається, навіть при зниженні рН до 4,0.

Амілази мікробного походження більш стабільні в порівнянні з амілазами со­лоду при знижених значеннях рН бражки, що дуже важливо для умов спиртового виробництва. Це дозволяє більш повно провести дооцукрення граничних декстри­нів бражки навіть при зниженні її рН.