40. Ферментативный гидролиз растительного сырья, его преимущества и недостатки. Механизм ферментативного гидролиза.

Перспектив является замена кис-ого гид-за ферментативным. В основе биологической утилизации Ц лежит ее ферментативное расщепление до глюкозы.

Основные преимущества ферментолиза: специфичность ферментативного катализа, обуславливающая избирательный гидролиз гликозидных связей ПС, отсутствие деструкционных превращений образующихся МС, что позволяет в принципе получить их выход, близкий к теоретическому; возможность проведения процесса при 40 – 50 ⁰С, т.е. без значительных энергетических затрат. Но его эффективность существенно зависит от поверхностных характеристик ЦЛ-субстратов, т.е. от доступности целлюлозы действию ферментов. То в значительной степени препятствует микробиологической конверсии ЛЦ-сырья и требует предварительной обработки.

При изучении изменения структурных свойств целлюлозы в процессе ферментативной деградации установлено, что существует два этапа ФГ 1) до степени гидр. 50 – 60 %; 2) более 60 %. На первом этапе ФГ происходит:

1)некоторое увеличение СП, связанное с быстрым удаленеим полисахаридов с малой СП;

2)увеличение количества пор (с размером менее 5 мкм);

3)остаток после ФГ показывает повышенную растворимость в 18%-й аОН и легко гидролизуется ферментами и кислотами.

На 2-ом этапе (после ФГ выше 60 %) остаток теряет способность удерживать воду, имеет более высокую СП и труднее гидролизуется ферментами, но его можно прогидролизовать кислотами.

Механизмы расщепления природной и регенерированной Ц отличаются.

У природной Ц (исх. СП 1500- 2000) эндоглюканаза на начальной стадии гидролиза существенно снижает СП а у регенерированной Ц (СП 800) при воздействии эндоглюканазы СП меняется мало, хотя образуется значительное количество сахаров.

Целлюлолитические ферменты расщепляют -1,4-гликозидные связи целлюлозы между остатками D-глюкозы и ее растворимых производных.в деградации упорядоченных форм целлюлозы могут принимать участие окислительно-восстановительные ферменты – целлобиозооксидаза и целлобиохиноноксиредуктаза, которые окисляют целлобиозу и целлоолигосахариды до целлобиозолактозана или до целлобионовой кислоты.

Целлюлолитические ферменты при очень высоких концентрациях конечных продуктов в системе могут катализировать реакцию синтеза -1,4-гликозидной связи, а также реакцию трансгликозирования.

По современным представлениям гид-з Ц происходит под действием полиферментной системы или целлюлазного комплекса и конечным продуктом гидролитического расщепления целлюлозы является глюкоза.

Общая схема Ф Г растворимой карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) по мнению ряда исследователей (теория Клесова – 1985, Рабиновича – 1987) представляются в виде серии последовательно-параллельных реакций, в каждой из которых могут работать несколько ферментов.

По современым представлениям гидролиз нативной целлюлозы является результатом синергического действия эндо- и экзоглюканаз, которые либо образуют мультиэнзимный комплекс на поверхности молекул субстрата, либо действуют последовательно-параллельно. Мультиферментные системы (мультиэнзимный комплекс) – системы ферментов, катализирующие в клетке последовательные реакции, в которых продукт, полученный при участии первого фермента, оказывается субстратом для последующего и т.д.Риз, модифицировавший свою С₁ – С_х – концепцию высказал соображение, что С₁ – фермент – это особая эндоглюканаза, не действующая на КМЦ, но атакующая первой кристаллическую целлюлозу и вызывающая ее гидратацию. К этой концепции склоняются многие исследователи.Вуд предлагает иной механизм. По его мнению на поверхности кристаллической целлюлозы образуется комплекс эндоглюканазы и целлобиогидролазы. Эндоглюканаза расщепляет гликозидную связь в упорядоченной области, а целлобиогидролаза синхронно отщепляет целлобиозное звено, предотвращая ресинтез расщепленной связи.

Рабинович предлагает следующую послед-ть ферментативной деградации нативной Ц (хлопка):1)ферментативный гидролиз начинается с действия эндоглюканаз;2)слабо сорбирующиеся эндоглюканазы разрушают поверхностные аморфные участки, разрушающие отдельные кристаллы;3)в образующихся микродефектах концентрируются прочно сорбирующиеся ферменты – эндоглюканазы и целлобиогидролазы. Процесс расширения дефектов и отслаивания поверхностных микрофибрилл от основного волокна (увеличение набухания хлопка, уменьшение прочности волокна и т.д.)4)действие прочно сорбирующихся ферментов происходит как гидролитическим, так и механическим способом (проникают в микротрещины и создают большую механическую нагрузку на стенки трещин);5)отслаивание наружных микрофибрилл открывает возм-ть доступа ферментов к скрытым внутри аморфным областям, к-рые разрушаясь под действием слабо сорбирующихся эндоглюканаз, снова обр-ют дефекты, заполняемые прочно сорбирующимися ферментами.6)отдельные микрокристаллы гидр-ся с концов полимерных мол-л, т.е в местах максим-ой неупорядоченности, с обр-ем растворимых продуктов: целлобиозы, глюкозы, небольших кол-в три- и тетраозы.