Лекция: Глава 4 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТАХ

Часть II

ФЕРМЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ В ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Ферментами называются органические или биологические ка­тализаторы, т. е. такие вещества, которые облегчают или ускоряют течение реакции, не претерпевая при этом существенных изме­нений.

Производство ферментных препаратов — одно из ведущих на­правлений в современной биотехнологии, объем продукции, кото­рого постоянно увеличивается, а сфера применения неуклонно расширяется. Ферментные препараты особенно широко использу­ют в различных отраслях пищевой промышленности. Они имеют большое преимущество по сравнению с химическими катализато­рами, поскольку действуют при нормальном давлении, температу­ре 20...70 °С, рН 4—9 и обладают высокой субстратной специфич­ностью.

Глава 4 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТАХ

В глубокой древности люди хорошо знали способы приготовле­ния хлеба, вина, пива, сыра, различных соусов и других продук­тов, хотя они и не имели никакого представления о микроорга­низмах и выделяемых ими ферментах, которые играют при этом главную роль.

Только в начале XIX в. русским ученым академиком К. С. Киргофом впервые был получен жидкий ферментный препарат амилазы из проросшего ячменя и описаны все основные черты фер­ментативного процесса. Впоследствии многие ученые мира актив­но изучали свойства ферментов, кинетику их действия на суб­страт, исследовали микроорганизмы, растения, животные ткани с целью обнаружения в них ферментов или проявления их дей­ствия.

Бурное развитие технической микробиологии и биохимии, ус­пехи научных исследований и открытия в области энзимологии позволили в течение нескольких десятилетий XX в. значительно усовершенствовать и интенсифицировать производства, связан­ные с жизнедеятельностью микроорганизмов.

За последние сорок лет изучено большое количество фермен­тов, выделенных из животных тканей и растений, а также полу­ченных с помощью микроорганизмов. Создано специализиро­ванное производство ферментных препаратов, в основу которого положено культивирование микроорганизмов — продуцентов ферментов с применением современных эффективных методов выделения и очистки целевых ферментов от сопутствующих бал­ластных веществ.

Согласно принятой в мире классификации и номенклатуре сейчас идентифицировано около 2000 ферментов (1780 в основ­ном списке и около 200 в дополнительном). Промышленностью выпускается около 250 наименований ферментных препаратов, причем 99% общей суммы реализации ферментов приходится только на 18 из них. Судя по объемам производства, основными из этих ферментов являются: бактериальные и грибные протеазы, глюкоамилаза, а-амилаза, глюкозоизомераза, пектолитические, целлюлолитические и гемицеллюлазные ферменты, молокосвертывающая кислая протеиназа, β-галактозидаза, липазы и некоторые другие. Наибольшее развитие ферментная промышленность полу­чила в США, Японии, Англии, ФРГ, Дании, Нидерландах, Фран­ции. За последние 20 лет ежегодный рост объема производства ферментных препаратов составлял 8—15 %.

В наибольшем объеме выпускаются комплексные препараты протеаз, широко используемые в синтетических моющих сред­ствах (CMC), и амилазы, служащие для переработки крахмала. Эти два вида препаратов составляют до 65 % общего объема вы­пуска ферментных препаратов за рубежом. Другими крупными отраслями — потребителями ферментов являются, %: производ­ство соков и вин — 10; сыроделие — 5; производство спирта — 5; хлебопечение — 5; пивоварение — 4 и все прочие отрасли — 6. В нашей стране, помимо использования в CMC и пищевых тех­нологиях, ферментные препараты будут широко применяться при приготовлении кормов для сельскохозяйственных животных и птицы (табл. 4.1).

Особое положение в общем производстве ферментов занимают высокоочищенные (60—70 % общего количества белка) фермент­ные препараты для медицины, аналитических целей и научных исследований. Доля их в общем объеме выпускаемых препаратов мала, но технология их сложна, требует больших затрат материа­лов и времени.

Очевидно в ближайшем будущем существующая ныне тенден­ция развития производства ферментных препаратов не изменится. Большое внимание будет уделяться производству технических пре­паратов промышленного назначения широкого спектра и мало­тоннажной ферментной продукции высокой чистоты для анали­тических, диагностических и терапевтических целей.

С диагностической целью определяют активность таких фер­ментов, как а-амилаза, креатинкиназа, фруктозодифосфатальдолаза, кислотная и щелочная фосфатазы, лактатдегидрогеназа и др. Для улучшения действия пищеварительной системы используются ферменты протеазы, амилазы, целлюлазы, липазы и др.

Помимо традиционных областей применения возрастает по­требность в ферментных препаратах для очистки сточных вод и утилизации различных видов отходов. Кроме того, очевидна перс­пектива использования не только отдельных ферментов, но и их определенного сочетания, необходимого для конкретной области применения. Эти препараты получили название мультиэнзимных комплексов.