Применение ферментов в народном хозяйстве

     Протеиназа

     R₁- CO - NH – R₂ +H₂ O ® R₁ COOH + R₂ NH₂

     Протеиназа в молоке обнаружены нативные и бактериальные, которые отличаются строением каталитического центра. Все они вызывают гидролиз пептидных связей белков молока в основном a- и b- казеина, образуя пептоны, пептиды и аминокислоты.

     Нативная  протеиназа молока близка по строению к плазме крови и из неё попадает в молоко. Она вызывает гидролиз b- казеина с образованием g-казеина. Фермент инактивируется при 70°С 10 мин или 90°С – 5мин.

     Бактериальная протеиназа вырабатывается микрофлорой молока микрококками, гнилостными бактериями, которые выделяют активные протеиназы, вызывающие различные пороки вкуса и запаха (гнилостный и др.).

     Молочнокислые бактерии заквасок (лактококки и лактобациллы) выделяют активные протеиназы, которые  имеют большое значение при производстве кисломолочных продуктов и сыров. Они формируют специфический  вкус, консистенцию, рисунок сыров, повышая биологическую и пищевую  ценность продуктов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Второй  класс – Ферменты расщепления

     Рибонуклеазы  ферменты, катализирующие деградацию РНК. Рибонуклеазы классифицируют на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы.

     Рибонуклеазы  различных классов обнаружены во всех живых организмах. Это указывает  на тот факт, что расщепление РНК  является древним и очень важным процессом. Рибонуклеазы играют важную роль в созревании молекул РНК  всех типов, и особенно мРНК и некодирующих РНК. Система деградации РНК также  является первым этапом защиты против РНК-содержащих вирусов, а также  более тонких клеточных систем иммунитета, например, РНК-интерференции.

     Некоторые эндорибонуклеазы распознают и разрезают  определенные последовательности нуклеотидов  одноцепочечных РНК, подобные свойства имеют рестриктазы — нуклеазы, разрезающие двухцепочечные ДНК.

     Рибонуклеазы  играют ключевую роль во многих биологических  процессах, например, при ангиогенезе, а также обуславливают невозможность  самоопыления у некоторых цветковых  растений.

     Рибонуклеаза  по аминокислотному составу и свойствам аналогична рибонуклеазе поджелудочной железы. В молоко фермент попадает из крови животного. Рибонуклеаза молока катализирует расщепление рибонуклеиновой кислоты на нуклеотиды. 
 
 
 
 
 
 
 

4. Третий  класс – окислительно-восстановительные  ферменты

     Окисление в организмах рассматривается как  процесс отнятия водорода, благодаря  чему вещество окисляется. Отнятый  водород передаётся другому веществу, в силу чего оно восстанавливается. Таким образом, при участии ферментов  микроорганизмов происходит одновременно окисление одного вещества и восстановление другого. Этот процесс и ферменты получили название окислительно-восстановительные. К ним относятся дегидрогеназы, оксидазы, в т.ч. ксантиоксидаза, пероксидаза, каталаза и др. лактодегидразы. 

     Дегидрогеназа

     Дегидрогеназы обнаружены в молоке в небольших количествах в виде нативных (истиных). Они являются катализаторами дегидрирования, при этом перенос атомов водорода осуществляют пиридиновые и проч. Коферменты.

     Дегидразы различают анаэробные и аэробные. Анаэробные передают отнятый водород  любому веществу, кроме кислорода  воздуха. Аэробные передают водород  непосредственно кислороду воздуха.

     Многочисленные  дегидрогеназы накапливаются в  сыром молоке при размножении  в нём бактерий. Они называются редуктазами бактериального происхождения. Активность редуктаз и, как следствие, бактериальную обсеменённость молока определяют по продолжительности восстановления, т.е. обесцвечивания добавленного к  молоку метиленового голубого или резазурина по редуктазной пробе. (ГОСТ 9225-84) 
 
 

     Редуктаза

     Редуктаза — фермент жизнедеятельности  бактерий. В свежевыдоенном молоке редуктаза отсутствует. Редуктазная  проба характеризует молоко по бактериальной  обсемененности. Чем сильнее редуктазная  проба, тем больше в молоке бактерий.

     Редуктаза относится к анаэробным ферментам, она активна до температуры нагревания молока 60°С, инактивируется при температуре 75°С с выдержкой 5 мин. Все дегидрогеназы, вырабатываемые молочно-кислыми бактериями и дрожжами бактериальных заквасок, принимают активное участие в молочнокислом и спиртовом брожении. 

     Оксидаза

     Оксидазы, ферменты класса оксидоредуктаз; широко распространены в природе, катализируют в живых клетках окислительно-восстановительные  реакции, в которых акцептором водорода служит кислород воздуха. При переносе на O₂ водорода от окисляемого субстрата образуется вода (H₂O) или перекись водорода (H₂O₂) По структуре одни оксидазы — металлоферменты (так, тирозиназа, аскорбинатоксидаза содержат медь), другие — флавопротеиды (например, глюкозооксидаза).

     К ним относится ксантиоксидаза из молочной железы и оксидазы, продуцируемые  микрофлорой молока. Ксантиоксидаза катализирует окисление молекулярным кислородом пуриновых оснований  до молочной кислоты, а также различных  альдегидов до карбоновых кислот. 

     Ксантиноксидаза

    Ксантиноксидаза – молибден-, железо- и медь- содержащий флавопротеин, катализирующий у животных конечную стадию окисления пуринов, а также окислительную трансформацию  птеридинов и некоторых алифатических  и ароматических альдегидов. Наибольшая активность КО у животных определяется в тканях печени и слизистой тонкого кишечника. Активность КО обнаpужена также в молоке, почках, сердце, мозге, скелетных мышцах, сыворотке крови и в плаценте (низкая). В сыворотке крови низкая активность КО у овцы, свиньи, козы, более высокая у коровы, собаки, лошади, морской свинки, кролика, крысы, мыши.

    КО  из грудного молока женщин имеет массу  субъединицы 160 кДа, КО молока коровы - 150 кДа. Очищенная КО из женского молока имела значительно ниже активность 10-20 Ед/мг белка, чем КО молока коровы 2000-5000 Ед/мг белка.

     КО  имеет широкую субстратную специфичность. Для КО из печени животных показано, что 2'-дезоксирибонуклеозиды более  эффективные субстраты, чем соответствующие  рибонуклеозиды или арабинонуклеозиды. КО человека и КО молока коровы имели  подобную субстратную специфичность  по отношению к пуринам, но отличались по специфичности к нуклеозидным субстратам. Наиболее высокая активность КО печени человека с гипоксантином (200%), высокая с ксантином (100%), ниже с 2- гидроксипурином (30%), низкая с гуанинарабинозидом (меньше 0,1%)

     Ксантиоксидаза  может передавать водород, отнятый  у субстрата как кислороду  воздуха, так и метиленовому голубому, т.е. происходит окисление. Этот фермент  содержит железо и молибден, его  содержание в молоке высокое. 

     Пероксидаза

     Пероксидаза. Нативная пероксидаза молока продуцируется клетками молочной железы. Часть её может высвобождаться из лейкоцитов. Фермент содержится в молоке в больших количествах, от 30 до 100мг/дм³. Он обладает антибактериальными свойствами. Пероксидаза термостабильна, инактивируется при 80 °С в течение 25 сек., катализирует окисление различных органических соединений перекисью водорода и может окислять некоторые неорганические соединения., например йодид калия.

     2КJ + Н₂ О₂ ® ^{пероксидаза} ® 2КОН + J₂

     Данную  реакцию используют в молочной промышленности для определения эффективности  высокотемпературной пастеризации по йодокрахмальной пробе. Если реакция  будет положительна, то в молоке присутствует пероксидаза и, следовательно, молоко либо не пастеризовано, либо подвергалось термообработке при температуре  ниже 80°С. 

     Каталаза

     Нативная  каталаза переходит в молоко из клеток молочной железы, а также продуцируется  микрофлорой молока и лейкоцитами. В молоке здоровых коров каталазы содержится мало, В молозиве и молоке больных животных её количество резко  увеличивается.

     Каталаза  катализирует окисление перекиси водорода до 2-х молекул воды и кислорода. Определение активности каталазы используется как метод обнаружения молока, полученных от больных коров (мастит или др. заболевания вымени).

     Каталаза  молока бывает двух видов: выделяемая клетками молочной железы и образуемая бактериями. При пастеризации молока ката-лаза первого вида разрушается. Каталаза вырабатывается большинством микроорганизмов, особенно гнилостных. По каталазной пробе судят о степени  загрязненности пастеризованных молочных продуктов. 
 
 
 

5. Обработка протеолитическими  ферментными препаратами

     Для гидролиза лактозы используют фермент b-галактозидазу. В результате гидролиза плохо растворимый и несладкий сахар-лактоза превращается в более сладкую и хорошо растворимую смесь моносахаров (глюкозы и галактозы), что позволяет широко использовать фермент для производства пищевых и кормовых продуктов.

     В результате гидролиза в моносахара превращается до 50-70% лактозы, увеличивается  сладость и усвояемость готового продукта. Во многих странах пользуются популярностью кисломолочные продукты и налитки, вырабатываемые из молока с гидролизованной лактозой. Проводятся исследования по производству сыра из гидролизованного молока. Сыр, по сравнению  с контрольными образцами, отличается более высокими вкусовыми качествами и ускоренным процессом созревания.

     Особый  интерес представляет возможность  выработки продуктов и полуфабрикатов из молочной сыворотки с гидролизованной  лактозой. Такие полуфабрикаты из сыворотки могут широко использоваться для приготовления различных  напитков, пищевых сиропов и подслащающих веществ для кондитерской промышленности. Использование этих полуфабрикатов в хлебопечении позволяет добиться хорошей сбраживаемости опары хлебопекарными дрожжами, улучшить качество хлеба.

     Сыворотку после гидролиза рекомендуется  сгущать при температуре 55-65°С до массовой доли сухих веществ 40%. Продукт  такой концентрации обладает сравнительно невысокой вязкостью, в нем не происходит кристаллизации лактозы.

     В нашей стране и за рубежом проводятся работы по созданию и использованию  иммобилизованных ферментов. Иммобилизованные ферменты - это нерастворимые вещества, в которых фермент связан с  каким-либо носителем силами адсорбции  или ковалентными связями, либо заключен в матрицы или микрокапсулы. Иммобилизованные ферменты сохраняют свою специфичность  и активность, они могут быть легко  удалены из конечного продукта, т.е. могут быть использованы многократно. Кроме того, иммобилизация повышает стабильность фермента, позволяет проводить  гидролиз в течение продолжительного времени и без добавления чужеродных материалов в готовый продукт. Такие ферменты как пепсин, протосубтилин попользуются для производства сывороточного концентрата КОМС. Сывороточный концентрат КОМС вырабатывается путем сгущения подсырной или творожной сыворотки, предварительно обогащенной растворимыми азотистыми веществами и витаминами. Концентрат предназначается для производства безалкогольных напитков или напитков брожения.

     Для обогащения сыворотки используют ее белковые вещества, оставшиеся после  операции осветления. Белковые вещества в сыворотке диспергируют, если пропустить сыворотку через центробежный насос  в течение 10 - 15 мин, ферментные препараты (пепсин, протосубтилин) готовят в  виде раствора. В качестве активатора протеолитических процессов используют автолизированные пивные дрожжи. Одновременно они обогащают сыворотку витаминами группы В и аминокислотами.