Источники ферментов и понятие о ферментных препаратах

Биохимические процессы, протекающие при производстве продуктов питания и их хранении, связаны с действием собственных ферментов сырья или с действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами и используемых в виде ферментных препаратов (ФП).

Ферменты находятся в сырье в свободном и связанном виде. При прорастании зерна активность ферментов повышается, так как они полностью или частично становятся свободными.

Каждый микроорганизм содержит комплекс разнообразных ферментов, многие из которых аналогичны ферментам растений и животных.

Источником получения биомассы микроорганизмов, используемой для выделения данного фермента, являются культуры плесневых грибов, бактерий, дрожжей и актиномицетов. Эти микроорганизмы дают значительно больше биомассы, из которой проще и экономичнее выделить данный фермент, чем из тканей высших животных и растений. Так, α- амилазу получают из плесневых грибов (А. niger, A. Oryzae и др.) и бактерий (В. subtilis), глюкоамилазу – чаще всего из плесневых грибов А. Awamori, пектолитические ферменты – из грибов Aspergillus и т.д.

Ферментные препараты (ФП) отличаются от ферментов тем, что помимо активного белка содержат балластные вещества. Подавляющее количество препаратов являются комплексными, содержащими кроме основного еще значительное количество сопутствующих ферментов, хотя существуют ферментные препараты, в состав которых входит какой-либо один фермент. В комплексном препарате один фермент может преобладать и иметь наибольшую активность.

При использовании ФП следует учитывать то влияние, которое могут оказывать сопутствующие ферменты на технологический процесс. Создавая оптимальные условия для действия главного фермента, можно в значительной степени ослабить активность других нежелательных ферментов. Например, присутствие активной протеиназы с α-амилазой в препаратах для хлебопечения нежелательно. В противоположность этому при осахаривании зерна и крахмала в спиртовой промышленности необходимо одновременное воздействие этих двух ферментов.

Применение ФП в пищевой промышленности позволяет интенсифицировать технологические процессы, улучшить качество готовой продукции, увеличит ее выход, улучшить условия труда, экономить ценное пищевое сырье. Если прежде основным источником активных ферментов являлся солод, получаемый из ячменя, ржи и других культур, то, применяя ферментные препараты, можно отказаться от зерна и использовать его на другие цели.

Факторы, влияющие на скорость протекания биохимических процессов

На кинетику биохимических процессов влияют различные факторы. Основное влияние оказывает химическая природа реагирующих веществ, концентрация фермента и субстрата, температура и реакция среды, наличие активаторов и ингибиторов.

Скорость биохимических процессов зависит от природы субстрата и его атакуемости.

Атакуемость – это податливость субстрата действию фермента, которая зависит от его структуры. Так, например, атакуемость крахмала, полученного из разных культур или разных частей одного и того же зерна амилазами неодинакова. Она увеличивается при уменьшении размера зерна, при увеличении степени его повреждения в процессе помола. Однако максимальное действие амилаз на оклейстеризованный крахмал. Поэтому если необходимо получить простые сахара в результате осахаривания крахмала амилолитическими ферментами, для увеличения степени осахаривания чаще всего его клейстеризуют путем заваривания муки (применяется в спиртовой промышленности, при производстве ржаного теста, в паточной промышленности). Атакуемость белка протеиназами зависит от плотности и прочности белковой молекулы. Чем они выше, тем ниже его атакуемость ферментами.

Скорость биохимических процессов зависит от концентрации самого фермента и реагирующих веществ. При избытке субстрата скорость реакции тем выше, чем выше концентрация фермента. При невысоких концентрациях субстрата зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ носит линейный характер. Однако по мере увеличения концентраций реагирующих веществ скорость реакции замедляется, достигает максимального значения и дальше остается постоянной. При слишком больших концентрациях субстрата он выполняет роль ингибитора, тормозя скорость реакции.

Наиболее существенное влияние на скорость биохимических процессов оказывают температура и реакция среды. С повышением температуры скорость реакции возрастает, достигает максимума а затем снижается. Температура, при которой активность фермента наибольшая, называется оптимальной. Оптимум для ферментов растительного происхождения лежит в пределах 50…50⁰С, животного – 40…50⁰С. Снижение активности ферментов при возрастании температуры связано с процессами денатурации белка. Полное прекращение деятельности ферментов происходит при температурах, близких к 100⁰С. Только термофильные ферменты выдерживают нагревание при температурах выше 100⁰С.

Каждый фермент проявляет свое действие в узких пределах значений рН. Зона рН, в которой активность фермента наибольшая называется оптимальной зоной рН. Различные ферменты проявляют свою активность при разных значениях рН. Оптимум рН для фермента зависит в основном от субстрата. Например, при действии папаина на желатин оптимальное значение рН 5,0, а при действии на денатурированный яичный альбумин – 7,5.

Скорость биохимических процессов может быть увеличена в присутствии активаторов. Многие ферменты активизируются под действием веществ восстанавливающего действия, в частности веществами, содержащими сульфгидрильные группы: цистеином, глютатионом. Активизирующее действие этих соединений основано на том, что они восстанавливают дисульфидные связи фермента в сульфгидрильные, необходимые для проявления ферментом своей каталитической активности. Сами активаторы при этом окисляются за счет превращения сульфгидрильные связей в дисульфидные.

Существуют и ингибиторы ферментов, подавляющие их активность. Действие ингибиторов основано на блокировании сульфгидрильных связей фермента и превращения их в дисульфидные группы. Ингибиторами выступают белковые осадители – вещества, образующие с белками нерастворимые комплексы. Такими осадителями выступают соли тяжелых металлов, трихлоруксусная кислота и др. Они не являются специфическими и могут быть использованы для прекращения действия любого фермента. Но существуют и специфические ингибиторы. Так, например, СО ингибирует ряд окислительно-восстановительных ферментов, в состав которых входит медь или железо.

РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Микробиологические процессы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства. В их основе лежит использование в промышленности биологических систем и процессов, ими вызываемых. В основе многих производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых микроорганизмов

В настоящее время с помощью микроорганизмов производят кормовые белки, ферменты, витамины, аминокислоты и антибиотики, органические кислоты, липиды, гормоны, препараты для сельского хозяйства и т.д.