загрузка...
загрузка...
На головну

Загальні відомості про ферментах

Дивіться також:
  1. I Питання. (Загальні для всіх).
  2. I Загальні положення
  3. I - Загальні положення
  4. I. Короткі теоретичні відомості.
  5. I. Короткі теоретичні відомості.
  6. I. Короткі теоретичні відомості.
  7. I. Короткі теоретичні відомості.
  8. I. Загальні питання кримінології
  9. I. Загальні положення
  10. I. Загальні положення
  11. I. Загальні положення
  12. I. Загальні положення

модуль 1

Модульна одиниця 6

ферменти

Мета вивчення модульної одиниці 6

З'ясувати роль окисно-відновних і гідролітичних ферментів в технології переробки сільськогосподарської сировини, розібратися в їх властивості, розглянути питання практичного застосування ферментів в харчових технологіях.

Модульна одиниця 6 включає 2 лекції (№7 і №8).

Анотація до лекцій 7,8

Дано загальні відомості про ферментах: їх джерелах, областях застосування найбільш важливих ферментів, специфічності і класифікації ферментів. Розглянуто представники трьох підкласів гидролитических ферментів (естераз, гликозидаз, пептідгідролаз), їх властивості та роль в перетвореннях основних компонентів харчової сировини.

Дана характеристика представників окислювально-відновних ферментів: вказані їх роль, механізм дії та значення при зберіганні і переробці сировини. Розглянуто питання застосування ферментних препаратів в харчових технологіях.

Ключові слова:

Специфічність, гідролази, естерази, ліпаза, пекінестераза; глікозідази - ендополігалактуроназа, екзополігалактуроназа, целлобіогідролаза, ендоглюканаза, ?-амілаза, ?-амілаза, глюкоамілаза, ?-глюкозидази, пуллуланаза, ізоамілази, інуліназа, ?-галактозидаза, фруктофуранозидази; екзопептідази - амінопептидази, карбоксипептидази, ендопептідази - серинові, тіоловиє, карбоксильні, металлосодержащие, оксидоредуктаз - поліфенолксідаза (тирозинази), каталаза, пероксидаза, ліпоксигенази, глюкозооксидаза.

лекція 7

розглянуті питання

1. Загальні відомості про ферментах

2. Гідролази. Їх властивості і роль в перетвореннях компонентів харчової сировини

2.1. естерази

2.2. глікозідази

2.3. Протеази (Пептідгідролази)

Загальні відомості про ферментах

Застосування ферментів можна назвати досягненням сучасності: вони використовувалися впродовж століть під час дублення шкір, виготовленні сиру, у виробництві солоду для пивоваріння, в заквасках для хліба і т. Д. У цих процесах ферменти застосовувалися в складі тваринних і рослинних тканин або цілих мікроорганізмів. Початок застосування промислових ферментів у вигляді частково очищених препаратів відноситься до кінця XIX століття.

З більш ніж 2000 відомих в теперішній час ферментів в промисловості використовується близько 30. Основна частина ферментів, що надходять на світовий ринок, доводиться на частку гидролаз, з яких 60% становлять пептідогідролаз (в основному лужні і нейтральні протеази), які використовуються в якості детергентів а виробництві синтетичних миючих засобів, а 30% - глікозідази, що застосовуються у виробництві кондитерських виробів, фруктових і овочевих соків. Ферменти знаходять застосування в текстильній, шкіряній, целюлозно-паперової, медичної, хімічної промисловості (табл. 7.1).

За прогнозами вчених, основним споживачем ферментів в найближчому майбутньому залишається харчова промисловість. Головне місце серед цих ензимів займають глікоізомераза і глюкоамілаза, що застосовуються для приготування збагачених фруктозою кукурудзяних сиропів і становлять близько 50% ринку харчових ферментних препаратів.

У теперішній час багато галузей промисловості - хлібопечення, виноробство, пивоваріння, виробництво спирту, сироваріння, виробництво органічних кислот, чаю, амінокислот, вітамінів, антибіотиків - засновано на використанні різних ферментативних процесів. У зв'язку з цим виникла і розвивається нова галузь промисловості - виробництво ферментних препаратів.

Виробництво ферментних препаратів займає одне з провідних місць у сучасній біотехнології і відноситься до тих її галузей, обсяг продукції яких стає дедалі більше, а сфера застосування неухильно розширюється. За обсягом виробництва ферментів домінують країни Західної Європи. Різке зростання цієї індустрії спостерігається в США і Японії.

Ферменти притаманні всім живим істотам, проте для їх виділення використовують ті природні продукти, в яких вміст шуканого ензиму становить не менше 1%. Для великомасштабного отримання ферментів придатні тільки деякі рослинні організми на певній фазі їх розвитку (пророслі зерно різних злаків і бобових, латекс і сік зеленої маси ряду рослин), а також окремі тканини і органи тварин (підшлункова залоза, слизова оболонка шлунково-кишкового тракту, сичуг великої рогатої худоби, насінники статевозрілих тварин). Практично не обмежений джерело ферментів - мікроорганізми (бактерії, гриби, дріжджі), що містять набір більшості відомих в теперішній час ензимів, кількість яких можна підвищити в десятки і сотні разів методами мутагенезу, селекції та індукції біосинтезу.


Таблиця 7.1 Застосування ферментів

 Назва та шифр ферменту  джерела ферментів  Хімічний і біотехнологічний процеси. область використання
 Амілази (КФ3.2.1.1 КФ3.2.1.2 КФ3.2.1.3) Глюкоізоме-рази (КФ5.3.1.18) Гюкооксідаза (КФ1.11.1.6) і каталаза (КФ1.11.1.6) Ліпази (КФ3.1.1 .3) Пектиназа (КФ3.2.1.15) Пептідгідролази (КФ3.4) целюлази (КФ3.2.1.4) фруктофуранозидази (КФ 3.2.1.26)  Бактерії, гриби (Bacillus sp., Aspergillus niger, A. oryzae)Більше 80 видів мікроорганізмів (Bacillus sp., Streptomyces albus, S. griseus) Pinicillium chrysogenum, P.casei, P.nigricans, P.notatum, P.vitale, Aspergillus niger, Corynebacterium sp.)Підшлункові залози тварин, насіння рослин, мікроорганізми (Candida lipolytica, Streptomyces flavogriseus, Aspergillus ssp., Saccharoyces lipolytica)багато мікроорганізмів (Aspergillus ssp., Fusarium ssp., Pinicillium ssp. та ін.) підшлункової залози і слизова шлунка тварин; плоди, пагони, відходи переробки деяких рослин (динне дерево, інжир, ананас), мікроорганізми (Bacillus sp., Aspergillus ssp., Pinicillium ssp., Streptomyces ssp., Pseudonas ssp.)мікроорганізми: Clostridium ssp., Trichoderma reesei, T. viridae, Alternaria tenuis, Aspergillus oryzae, Fusarium culmorum мікроорганізми: Aspergillus ssp., Pinicillium ssp., Fusarium ssp., Cercospora beticola, Bacillus subtilis, E. coil, Saccharoyces cerevisiae, Streptococcus mutans.  Гідроліз крохмалю до декстринів, мальтози і глюкози. Спиртова, пивоварна промисловість, хлібопечення, отримання патоки, глюкози Ізомеризація D-глюкози в D-фруктозу. Кондитерська, лікеро-горілчана, безалкогольна промисловість, хлібопечення Видалення кисню і глюкози (з яєчного порошку, м'ясних та інших продуктів). Виноробство, пивоваріння, консервна, сокова та безалкогольна промисловість Гідроліз жирів і масел. Харчова, легка, медична промисловість, сільське господарство, комунальне господарство, побутова хімія Гідроліз галактуронана, освітлення вина і фруктових соків Лизис білка. Отримання амінокислот, виробництво і отримання сиру, м'якшення м'ясних і рибних виробів, вироблення шкіри, активізація травлення. Пивоваріння, виноробство, хлібопечення, харчова промисловість, сільське господарство, медицина Гідроліз целюлози до глюкози. Виробництво харчових і кормових білкових препаратів, етанолу, глюкозо-фруктозних спиртів. Спиртова, пивоварна, харчоконцентратна промисловість, хлібопечення, кормовиробництво Інверсія сахарози. кондитерська, лікеро-горілчана, безалкогольна промисловість, сіропопроізводство.

Ферменти - біологічні каталізатори білкової природи. Вони значно підвищують швидкість хімічної реакції, які у відсутності ферментів протікають дуже повільно. При цьому ферменти не витрачаються і не зазнають незворотних змін.

Найважливіше біологічне властивість ферментів - специфічність. Специфічність ферментів характеризує їх здатність каталізувати певні типи перетворень тих чи інших субстратів.

Фермент може каталізувати більш як один тип перетворень. Так, багато карбогідрази (целюлази, ?-глюказідази, глюкоамілаза, ?-галактозидаза) каталізують як гідроліз полісахаридів, так і перенесення глікозільних залишків на вуглеводні субстрати.

Ряд ферментів володіє абсолютною субстратной специфічністю, тобто каталізує перетворення тільки одного субстрату. Приклади таких ферментів - глюкозооксидаза, багато дегідрогенази.

Відомі ферменти широкої субстратної специфічності, такі як ліпази, естерази, фосфатази.

Поширені ферменти так званої групової специфічності, тобто такі, які перетворюють ряд субстратів, що володіють характерною ознакою. Так, ?-амілаза гідролізує лінійні і розгалужені полімери ?-1,4-пов'язаної глюкози, хімотрипсин - пептидні зв'язку в білках, утворені залишками ароматичних амінокислот.

Більшість ферментів виявляють абсолютну стереоспеціфічность, перетворюючи тільки L- або тільки D-форму субстрату. Стереоспеціфічность проявляється також у відношенні цис- і транс-форми ізомерів.

Сучасна класифікація ферментів ділить їх на шість класів за типом каталізуються реакцій. Розподіл всередині класів засноване на більш докладної характеристиці каталізуються реакції і її субстратної специфічності.

Класи ферментів:

1 клас - оксидоредуктаз - ферменти, що каталізують окислювально-відновні реакції (приєднання Про2, Відібрання і перенесення Н2, Перенесення електролітів);

2 клас - трансферази - ферменти переносу. Каталізують перенесення цілих атомних угруповань з одного з'єднання на інше (наприклад, залишків моносахаридів, амінокислот, залишків фосфорної кислоти, метильних і амінних груп і т. Д.);

3 клас - гідролази - ферменти, що каталізують реакції гідролізу, тобто розщеплення складних органічних сполук на більш прості за участю води.

4 клас - ліази - ферменти, що каталізують реакції негидролитическим відщеплення будь-яких груп від субстрату з утворенням подвійного зв'язку або приєднання угруповань за місцем розриву подвійного зв'язку (наприклад, Н2О, СО2, NH3 і т.д.);

5 клас - ізомерази - ферменти, що каталізують реакції ізомеризації, тобто внутримолекулярного перенесення хімічних угруповань і освіти ізомерних форм різних органічних сполук;

6 клас - лігази (сінетази) - ферменти, що каталізують реакції синтезу, пов'язані з розривом високоенергетичної зв'язку АТФ та інших нуклеозідріфосфатов (при цьому можливе утворення С-С-; С-S-; С-О-; і C-N- зв'язків).

У табл. 7.2 представлені шифри, прийняті для різних ферментів, їх систематичні і тривіальні назви. У таблицю включені лише ферменти, що мають принципове значення при зберіганні, переробці сировини і в виробництві харчових продуктів. Надалі, всюди де це можливо, будуть застосовуватися тривіальні назви.

Увага технологів, переробних біологічну сировину, привертають перш за все ферменти першого класу - оксидоредуктаз, а також третього класу - гідролази, оскільки при переробці харчової сировини відбувається руйнування клітинної структури біологічного матеріалу, підвищується доступ кисню повітря до подрібненим тканинам і створюються сприятливі умови для дії ферментів типу оксигеназ, а також звільняються гідролітичні ферменти, які активно розщеплюють всі основні структурні компоненти клітини (білки, ліпіди, полісахариди), в зв'язку з чим процеси клітинного вмісту (процеси автолиза, самоперіваріваніе) стають переважаючими.

Зупинимося на розгляді окремих представників цих двох найважливіших для харчової промисловості класів ферментів


Таблиця 7.2. Номенклатура ферментів, що мають значення в харчовій промисловості

 Шифр  систематичне назву  тривіальне назва
 оксидоредуктази
 1.1.3.4 1.11.1.6 1.14.18.1  ?-D-глюкоза: Про2-оксідоредуктаза Н2О2: Н2О2-оксідоредуктаза монофеноли, дігідрооксіфенілаланін: Про2-оксідоредуктаза  Глюкозооксидаза Каталаза Монофенолоксідаза, поліфенолоксидаза, тирозиназа, фенолаза
 гідролази
 3.1.1.3. 3.1.1.11 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.1.15 3.2.1.20 3.2.1.21 3.2.1.23 3.4.23.1 3.4.23.4 3.4.21.4 3.4.21.1 3.4.22.5 3.4.21.1 3.4.21.6 3.4. 22.6 3.4.22.3 3.4.22.14 3.4.23.6 3.4.24.3  Триацилгліцеролів - ацілгідролаза Пектин - пектілгідролаза 1,4-?-D-глюкан глюканогідролаза 1,4-?-D-глюкан мальтогідролаза 1,4-?-D-глюкан глюкогідролаза 1,4-?-D-глюкан-4-глюкангідролаза Полі -?-1,4-галактуронід-гліканогідролаза ?-D-глюкозид глюкогідролаза D-глюкозид глюкогідролаза ?-D-глюкозид галактогідролаза - - - - - - - - - - - -  Ліпаза, тріацілгліцеролліпаза пектінестераза ?-амілаза ?-амілаза ?-амілаза, глюкоамілаза Целлюлаза полігалактуронази ?-глікозідаза ?-глікозідаза Лактаза, ?-галактозидаза Пепсин Хімозин (реннін) Трипсин Хімотрипсин Еластаза Папаин хімопапаіном Фіцін Бромелаїн субтилизина Кисла протеиназа Коллагеназа
 ізомерази
 5.3.1.9  D-глюкозо-6-фосфат-кетоізомераза  Глюкозоізомераза, глюкозофосфат-ізомерази
Комбайни САМОХІДНІ ДЛЯ збирання ТЕХНІЧНИХ І зернових культур «-- попередня | наступна --» гідролази
загрузка...
© om.net.ua