Иммобилизованные ферменты: роль и способы иммобилизации
Существует мнение, что из клеток микроорганизмов можно выделить любые из известных ферментов. Большинство микроорганизмов способно расти на относительно простых и дешевых питательных средах. Преодоление трудностей, связанных с их производством и использованием, связано с получением иммобилизованных ферментов.
Иммобилизация ферментов – это перевод их в нерастворимое состояние с сохранением (частичным или полным) каталитической активности.
Для получения иммобилизованных ферментов обычно применяют следующие методы:
1. Ковалентные присоединение молекул ферментов к водонерастворимому носителю, в качестве которого используют как органические (природные и синтетические) полимеры, так и неорганические материалы. К первым относятся целлюлоза, хитин, агароза, декстрины, бумага, ткани, полистирол, ионообменные смолы и так далее. Ко вторым - пористое стекло, силикагели, силохромы, керамика, металлы и другие.
2. Захват фермента в сетку геля или полимера.
3. Ковалентная сшивка молекул фермента друг с другом или с инертными белками (при помощи би - или полифункционального реагента).
4. Адсорбция фермента на водонерастворимых носителях (часто на ионитах).
5. Микрокапсулирование (захват раствора фермента в полупроницаемые капсулы размером 5-300 мкМ). В результате иммобилизации ферменты приобретают преимущества гетерогенных катализаторов. Их можно удалять из реакционной смеси и отделять от субстратов и продуктов ферментативной реакции) простой фильтрацией.
Иммобилизованные ферменты более устойчивы к внешним воздействиям, чем растворимые ферменты.
Иммобилизация клеток обычно проводится их адсорбцией на водонерастворимых носителях (часто на ионообменных смолах), ковалентной сшивкой с помощью бифункциональных реагентов (например, глутарового альдегида) или захвата их в полимер, как правило, с последующим формованием в виде частиц определенного размера и конфигурации.
Иммобилизация целых клеток микроорганизмов предотвращает их размножение и обычно увеличивает сохранность и срок работы в качестве катализатора по сравнению с необработанными клетками.
Преимущества, которыми обладают иммобилизованные ферменты по сравнению со своими растворимыми аналогами:
– иммобилизованные ферменты легко отделяются от реакционной среды и могут быть использованы повторно;
– ферменты в иммобилизованном состоянии проявляют повышенную стабильность к экстремальным условиям и сохраняют активность в течение более длительного времени;
—использование иммобилизованных ферментов позволяет разрабатывать непрерывные технологии;
—методами иммобилизации возможно создание мультиферментных иммобилизованных композиций, это, в свою очередь, позволяет осуществлять последовательные ферментные реакции разных процессов.
Иммобилизованные ферменты характеризуются и некоторыми недостатками. В результате иммобилизации в ряде случаев наблюдается уменьшение удельной активности системы. Происходит это в силу разных причин. Например, ковалентное связывание фермента с носителем может вовлекать во взаимодействие какой-нибудь из аминокислотных остатков, находящийся в непосредственной близости от активного центра. Иммобилизованные ферменты, ввиду фиксации ферментов на носителе, не действуют на неподвижные или нерастворимые субстраты (целлюлоза, ксилан, лигнин и др.).
Еще одним недостатком иммобилизованных ферментов является стоимость иммобилизации, которая может оказаться неприемлемо высокой. Таким образом, при использовании иммобилизованных ферментов приходится решать комплекс вопросов, связанных с экономической обоснованностью их практической реализации.
3.Ферментативное получение пищевых добавок и биологически активных веществ для хлебопечения
Белки – один из главных и обязательных компонентов здорового и полноценного питания. Перспективным нетрадиционным источником пищевого растительного белка являются получаемые при помоле зерна пшеничные отруби (15–26 % от перерабатываемого сырья). На долю белка в составе отрубей приходится 25–29 % общего его количества в сырье.
Выделение белка из отрубей в виде белкового концентрата достигается ферментативным катализом с использованием препарата Целловиридин Г20Х из расчета 50 ед/г пшеничных отрубей. При этом выход белка составляет 70 %. Полученный белковый концентрат может быть использован для обогащения хлеба и хлебобулочных изделий.
Эффект максимального обогащения хлеба белком достигается при внесении белкового концентрата из пшеничных отрубей (60 % белка) в виде белково-липидных композитов в количестве 12 % к массе муки при ускоренном приготовлении теста. Содержание в хлебе белка со сбалансированным аминокислотным составом увеличивается на 40 %, лизина и треонина – на 49 и 28 % соответственно. Улучшаются показатели степени свежести хлеба: общая деформация и удельная набухаемость мякиша повышаются на 13-14 %.
Получение гидролизатов вторичных продуктов различных производств. Получение таких продуктов представляет отдельную технологическую задачу хлебопечения, актуальность которой определяется расширением сырьевой базы и ассортимента хлебобулочных изделий.
В рецептуру хлебобулочных изделий вводят вторичные продукты консервного производства: томатные, яблочные, цитрусовые выжимки, являющиеся источником пищевых волокон, пектина, гемицеллюлозы и целлюлозы, способных оказывать лечебно-профилактическое действие, нормализуя обмен веществ и работу пищеварительного тракта.
Обработка препаратами целлюлаз в концентрации 1 % к массе сырья при температуре 55 °С, рН 4–4,5, продолжительности гидролиза 6 – 8 ч изменяет структуру выжимок, повышает содержание глюкозы.
Гидролизаты вторичных продуктов могут использоваться при производстве пшеничного хлеба, где оптимальная доза гидролизатов составляет 8–15 % к массе муки, при этом в готовых изделиях увеличивается количество редуцирующих Сахаров и ароматических веществ, улучшается структура, замедляется процесс черствения.
При введении в пшеничный хлеб оптимального количества ферментативного гидролизата облепихового шрота (13 % массы муки) удельный объем хлеба увеличивается на 10,5 %, пористость – на 15 %, длительность брожения сокращается на 30–40 мин. Хлеб обогащается p-каротином, незаменимыми аминокислотами, полиненасыщенными жирными кислотами.
При введении гидролизата соевой обезжиренной муки – вторичного продукта производства соевого масла – в среду для активации хлебопекарных дрожжей их бродильная активность повышается в 2 раза, что положительно влияет на процесс приготовления теста и качество хлеба. Высокая степень расщепления соевого белка (67,5 %) достигается при двухстадийном гидролизе с использованием на первой стадии Амилоризина П10Х, на второй – Протосубтилина Г10Х.
Для хлебопекарного производства рационально использовать гидролизаты нетрадиционного сырья – амаранта.
При получении амарантового масла в качестве побочного продукта накапливается углеводная фракция, основную долю которой составляет крахмал (до 75 %). В ее состав входят также белок – 11 %, липиды – 3, клетчатка – 24, моно- и дисахариды – 0,9 %, поэтому она может быть использована для производства пищевых продуктов.
Гидролизаты из углеводной фракции амаранта получают, применяя ферментный препарат Ликвамил 1200. Добавление гидролизата в количестве до 3,5 % к массе муки в тесто позволяет увеличить удельный объем хлеба на 38 %, пористость – на 10, массовую долю сахара – на 25 %, что положительно сказывается на органолептических показателях качества хлеба.
Таким образом, целенаправленное применение ферментных препаратов является эффективным средством регулирования технологического процесса и оптимизации качества хлебобулочных изделий за счет положительной биохимической модификации сруктурных компонентов муки и использования потенциальных нозможностей химического состава сырья хлебопекарного производства.
Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 683 | Нарушение авторских прав
|