Технологическая схема получения очищенных ферментных препаратов

Конкретные примеры использования иммобилизированных ферментов: производство фруктозы из глюкозных сиропов.

Иммобилизованные ферменты в промышленности

Сегодня в промышленности реализовано всего четыре крупно­масштабные технологии на основе иммобилизованных ферментов:

1. Глюкозоизомеразы.

2. Аминоацилазы.

3. Пенициллинацилазы.

4. Лактазы.

Перспективные ферменты

В обозримом будущем иммобилизованные ферменты могут быть использованы для следующих целей.

1. Холинэстераза. Она может применяться  для определения пести­цидов. Степень  ингибирования этого фермента в присутствии пестицидов оценивают электрохимическими или колориметрическими методами.

2. Карбоангидраза. Аналогичным образом другие ферменты могут использоваться для определения токсических веществ. Так, карбоангидраза очень чувствительна даже к малым концентрациям хлорпроизводных углеводородов,

3. Гексокиназа — чувствительна  к хлордану, линдану и токсафену.

4. Диизопропилфторфосфатаза. Иммобилизованная диизопропилфтор- фосфатаза нервных клеток кальмара может найти применение для обезвреживания фосфоорганических нервных газов (зомана, зарина).

5. Гепариназа. Иммобилизованная гепариназа  может применяться для предотвращения  тромбообразования в аппаратах искусственного кровообращения.

6. Билирубиноксидаза. Иммобилизованная  билирубиноксидаза может использоваться для удаления билирубина из крови новорожденных, страдающих желтухой.

7. Гемоглобин. Предложен новый способ  применения иммобилизованного гемоглобина. Суть его состоит в том, что  включенный в полиуретановую  матрицу белок образует «гемогубку», способную поглощать кислород прямо из воды с эффективностью 80%. Затем кислород высвобождается из полимера под действием слабого электрического разряда или в вакууме. Предполагается, что такая система может снабжать кислородом водолазов либо работающие под водой двигатели.

Следующий этап в применении иммобилизованных ферментов - это создание систем сразу из нескольких иммобилизованных ферментов, подобно тому, как это делается в живой клетке.

Возможно, вскоре удастся создать такие простейшие системы из нескольких иммобилизованных ферментов. Так, если заключить в микрокапсулы три фермента — уреазу, глутаматдегидрогеназу и глюкозодегидрогеназу, то их можно будет использовать для удаления мочевины из крови больных с почечной недостаточностью.

Применение ферментов в технологиях мясных продуктов.

Для ускорения процесса созревания мяса, а также с целью повышения нежности и уровня водосвязывающей способности сырья, содержащего грубые мышечные волокна, значительное количество соединительной ткани, имеющей жесткую консистенцию, в практике мясного производства используют различные способы интенсификации созревания и тендеризации мясного сырья.

Их условно подразделяют на физические, химические, механические

и биологические. Физические включают в себя повышение температуры среды, избыточное давление, ультразвуковое воздействие, электростимуляцию, химические - введение в парное мясо под давлением под давлением до (2-7) • 105 Па различных воды, рассолов, растворов фосфатов и газов, механические - накалывание, отбивание, массирование, тумблирование.

Химические способы тендеризации основаны на введении в мясо

жидких и газообразных компонентов. Введение в парное мясо воды при 38 °С методом шприцевания в количестве 1...3 % к массе туши сопровождается повышением нежности мяса и увеличением уровня водосвязывающей способности в результате разрыва мышечных волокон и активации деятельности гидролитических ферментов. Введение в парное мясо водных растворов хлорида натрия низких массовых концентраций (около 0,9 % NaCl) задерживает образование актомиозинового комплекса, тормозит развитие посмертного окоченения. Введение в парное мясо водных растворов триполифосфатов и их смеси с хлоридом натрия способствует существенному повышению как нежности мяса, так и его водосвязывающей способности.

Наконец, биологические методы обработки, получившие свое развитие в последние 20-30 лет, включают в себя обработку мясного сырья протеолитическими ферментными препаратами микробного, растительного, животного происхождения или из гидробионтов.

В соответствии с современной классификацией все ферменты по типу субстрата, подвергающегося каталитическому воздействию, делят на 6 классов. Среди них большое практическое и прикладное значение имеют гидролазы (класс III), ускоряющие реакции расщепления органических соединений при участии воды. В зависимости от характера субстрата, подвергающегося гидролизу, гидролазы делят на ряд подклассов, среди которых в биохимии и технологии мяса наиболее важны протеолитические ферменты, относящиеся к подклассу пептид-гидролаз, катализирующих гидролиз пептидных связей в белках и пептидах.

Среди пептид-гидролаз различают протеиназы (эндопептидазы), катализирующие гидролиз внутренних пептидных связей в белковой молекуле с образованием пептидов, и пептидазы (экзопептидазы), отщепляющие от пептидной цепи свободные аминокислоты.

По происхождению ферментные препараты можно классифицировать на препараты растительного, животного и микробного происхождения, а также ферменты из гидробионтов.

По структурному признаку активного центра и особенностям механизма катализа протеиназы делят на следующие группы:

- сериновые, для которых характерно  наличие в активном центре триады аминокислот (аспарагиновой, гистидина и серина); представителями их являются химотрипсин, трипсин, эластаза, тромбин, плазмин, некоторые микробные ферменты;

- тиоловые, имеющие в активном центре SH-группу цистеина (папаин, фицин, бромелаин, химопапаин и др.);

- кислые (карбоксильные) протеиназы, имеющие оптимум ниже 5,0 и включающие остатки карбоксильных групп аминокислот в активный центр (пепсин, катепсин D, протеиназы микромицетов);

- металло-протеиназы, содержащие в активном центре ионы металлов (коллагеназа, микробные протеиназы, включая компонент протеиназы термолизин).

Среди пептидаз различают амино- и карбоксипептидазы. Первые отщепляют от пептида свободные аминокислоты, начиная с конца молекулы, обладающего свободной NH2-rpyппoй, вторые - свободной СООН-группой.

Принимая во внимание ферментативную природу процессов, протекающих при созревании и посоле мяса, применение различных протеолитических ферментных препаратов, в том числе микробного происхождения, способствует их интенсификации. При выборе ферментных препаратов необходимо учитывать рН-оптимум действия содержащейся в них протеиназы и рН мяса, поскольку их действие наиболее эффективно в условиях, близких к тем, при которых активны тканевые протеиназы. Если вводимые в мясо ферментные препараты являются синергистами с тканевыми протеиназами, эффект их совместного действия на белковые макромолекулы существенно возрастает. Опыт показывает, что искусственно внесенные в сырье препараты протеаз обеспечивают аналогичный автолитическому эффект преобразования белковых структур, однако процессы созревания мяса под их влиянием протекают в 3...5 раз интенсивнее и заканчиваются в более короткий срок. Хотя протеолитические ферментные препараты отличаются специфичностью воздействия на такие белки мяса, как миозин, коллаген, эластин, конечные результаты этих процессов имеют много общего. При этом интенсивность и глубина превращений белковых структур зависит от дозировки препаратов, физико-химических условий, продолжительности обработки, способа применения. Действие протеолитических ферментов в конечном итоге вызывает

существенные изменения белков мяса и системы экстрактивных веществ.

С целью токсикологической оценки ферментных препаратов, используемых при обработке пищевых продуктов, они могут быть подразделены на 5 классов:

1. Ферменты, полученные из тканей  животных, обычно используемых в  пищу.

2. Ферменты, полученные из частей растений, используемых в пищу.

3. Ферменты, полученные из микроорганизмов, традиционно используемых в приготовлении  пищи. Эти препараты также рассматриваются  как продукты питания и считаются  допустимыми при условии, что  они снабжены удовлетворительными микробиологическими и химическими спецификациями.

4. Ферменты, полученные из непатогенных микроорганизмов, являющихся контаминантами пищи. Эти препараты не считаются продуктами питания. Для них необходимо разработать спецификации, проведя токсикологические исследования, после чего устанавливается величина допустимого суточного потребления.

5. Ферменты, получаемые из малоизвестных  микроорганизмов. Эти препараты требуют химических и микробиологических спецификаций и более подробного токсикологического изучения.

Для ферментации используют протеолитические ферментные препараты растительного (папаин, фицин, бромелин), животного (пепсин, трипсин, химотрипсин) и микробного происхождения (протоорезин, прототерризин, протосубтилин).

Опыт практического применения ферментов в мясной промышленности свидетельствует о высокой эффективности их использования для следующих целей:

• ускорения созревания мяса;
• смягчения жесткого мяса;
• улучшения качества и повышения пищевой ценности колбас, консервов, соленых мясных изделий;
• выработки мясных паст, эмульсий, соусов, гидролизатов для применения в качестве белковых обогатителей пищевых продуктов общего испециального назначения,
• а также для лечебного питания;
• получения и очистки коллагеновых субстанций в желатиновом производстве и в производстве съедобных колбасных оболочек и пленочных покрытий.

Применение ферментов для обработки мяса основано на ферментативном гидролизе белков, изменении на этой основе структурных элементов мяса, улучшении биохимических и физико-химических показателей его качества.

         В мясной  промышленности традиционно принята  многосортовая

жиловка мяса, требующая значительных затрат ручного труда. При этом

из мяса выделяют до 3 % коллагенсодержащих включений в виде жилок,

сухожилий, шкурки. В потребительской кооперации это сырье, как правило, не используется на пищевые цели, а направляется в зверосовхозы в качестве корма.

 В то же время установлено, что мышечные белки в сочетании  с соединительнотканными стимулируют  двигательную функцию желудка  и кишечника, сокоотделение, оказывают благоприятное действие на состояние полезной микрофлоры кишечника. По данным Laser-Reutersward (Швеция, 1982), усвояемость коллагена после специальной обработки составляет 95 %. Установлена прямая зависимость между показателями чистого усвоения белка (NPV) и массовой долей коллагена в продуктах.

Позднее это было доказано рядом отечественных ученых и специалистов (А. И. Рогов, В. Г. Боресков, Г. П. Козюлин, М. Н. Липатов, Л. В. Антипова и др.).

Анализ информационных источников свидетельствует о том, что для

увеличения ресурсов полноценного пищевого белка большие перспекти-

вы имеет ферментативная обработка низкосортного мясного сырья. Актуальным остается вопрос применения ферментных препаратов, обладающих коллагеназной активностью, в производстве полуфабрикатов. С целью обоснования технологических режимов и способов применения ферментных препаратов в производстве полуфабрикатов необходимо изучение их физико-химических характеристик и биохимических особенностей. Практическое значение имеет изучение влияния внешних технологических факторов (рН среды, температура, наличие активаторов, и ингибиторов) на протеолитическую активность ферментных препаратов.

Установлено, что применяемые для улучшения качества мяса ферментные препараты должны иметь следующие свойства: вызывать изменения в соединительной ткани (расщеплять мукополисахаридный комплекс, способствуя уменьшению устойчивости соединительной ткани к нагреву, стимулировать гидролиз коллагена и эластина); слабо действовать на мышечную ткань; иметь возможно более высокий температурный оптимум действия, сохраняя способность частично изменять ткани при тепловой обработке; действовать в слабокислой или нейтральной среде с максимальной активностью; быть безвредными для человека.

 

Заключение

Продукты на основе злаков полезны для здоровья благодаря содержанию в них растворимых и нерастворимых пищевых волокон, которые, уменьшая уровень холестерина, способствуют снижению риска сердечно-сосудистых заболеваний, а также стабилизируют пищеварительные функции организма, предупреждая заболевания желудочно-кишечного тракта.

 Мясо и мясная продукция  являются источником полноценных  белков, жиров, комплекса минеральных  веществ, витаминов (А, D, группы В) и  экстрактивных веществ. В состав  мяса и мясных продуктов входят  мышечная, жировая, соединительная, костная  ткань и кровь.