Использование ферментов: Пищевые ферменты

Пищевые ферменты

Пищевые ферменты

Динамическое развитие биотехнологий и научные открытия в области энзимологии сделали ферментные препараты незаменимым элементом многих пищевых технологий. Использование ферментов позволяет повышать скорость технологических процессов, ощутимо увеличивать выход готовой продукции, улучшать ее качество, экономить ценное сырье и снижать количество отходов.

Для получения ферментных препаратов пищевого назначения используются органы и ткани сельскохозяйственных животных, культурные растения, специальные штаммы микроорганизмов (плесневых грибов, бактерий).

Ферментные препараты микробного происхождения получают при культивировании специфических микроорганизмов, способных вырабатывать определенные ферменты. В настоящее время большинство ферментов в промышленности получают, используя бактерии и плесневые грибы в специальных аппаратах биореакторах (ферментерах) в жестко контролируемых условиях. Различают ферментные препараты бактериальные, полученные путем глубинного культивирования бактерий, и грибные, полученные путем поверхностного культивирования микроскопических грибов.

В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической, пектолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, хлебопечении, при производстве спирта, фруктовых и овощных соков, дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, белковых гидролизатов, инвертного сиропа, при переработке крахмала.

Современные технологии позволяют расширить сферу применения ферментных препаратов. На сегодняшний день можно насчитать около 15 отраслей пищевой промышленности, где с успехом используют ферменты, причем в каждой отрасли отдельная группа ферментов обеспечивает достижение конкретных целей, позволяющих либо улучшить качество продукта, либо увеличить выход данной продукции или удешевить процесс, а значит, снизить себестоимость продукции.

Производство муки и хлебопечение

Качество хлеба определяется особенностями химического состава муки и активностью ее ферментного комплекса. Получить хлеб хорошего качества можно только в том случае, когда в процессе тестоведения гармонически сочетаются скорости микробиологических процессов и биохимических превращений. Ферментативный гидоолиз высокомолекулярных компонентов сырья (белков и углеводов) в определенной степени способствует интенсификации этих превращений и, в конечном счете, положительно сказывается на качестве хлеба.

Эффективность использования тех или иных ферментных препаратов в хлебопечении в значительной степени зависит от качества муки. Хлебопекарные свойства муки, в особенности качество клейковины и активность собственных ферментов, определяют требования к ферментным препаратам.

Ферменты для хлебопечения используют в виде добавок к муке и в составе разрыхлителей теста для компенсации низких качественных показателей муки, улучшения структуры теста и качественных характеристик готового изделия. В хлебопечении применяют в основном пять ферментных препаратов.

Улучшение клейковинного каркаса: Протеаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.

Увеличение газоудерживающей способности теста и объёма хлеба: Альфа-амилаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.

Улучшение цвета, вкуса и аромата: Альфа-амилаза, Липаза.

Улучшение структуры мякиша: Альфа-амилаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.

Увеличение срока хранения: Альфа-амилаза.

Кондитерское производство

Кондитерские изделия в зависимости от вида сырья и типа технологического процесса подразделяют на две группы: мучные и сахаристые. К мучным изделиям относятся печенье, галеты, крекеры, вафли, пряники, кексы, пирожные, рулеты, торты и т.п.. К сахаристым — какао-порошок, шоколад, конфеты, карамель, мармелад, пастила, ирис, драже, халва и т.п..

При производстве мучных кондитерских изделий с использованием дрожжей, таких как галеты, крекеры, кексы, целесообразно применение комплексных препаратов с преобладанием протеолитического действия, но содержащих в своем составе и альфа-амилазу. Совокупное действие этих ферментов обеспечивают дрожжи сбраживаемыми сахарами и низкомолекулярными азотистыми веществами.

При производстве затяжного печенья с использованием химических разрыхлителей, когда много усилий направляется на расслабление клейковины, на протяжении длительного технологического процесса наряду с механическим воздействием на белки клейковины целесообразно использование протеолитических ферментных препаратов.

Для заварных и сырцовых пряников наибольшее значение имеет протеолиз, но наряду с потребностью в регулируемом расслаблении теста важным является и сохранение свежести (мягкости) продукта. При производстве таких видов изделий целесообразно применение комплексных ферментных препаратов с преобладанием протеолитической активности.

При производстве бисквитного полуфабриката нужны комплексные ферментные препараты с умеренной активностью протеолитических ферментов и невысокой альфа-амилазной (дексгринирующей) способностью. При таком сочетании обеспечивается умеренное расслабление клейковины, способствующее лучшему подъему теста при выпечке и образованию тонкопористой воздушной структуры готовых изделий. Образование декстринов, в свою очередь, способствует сохранению их свежести.

Комплексные ферментные препараты, содержащие протеазы и альфа-амилазу, используются для ускорения и облегчения обработки теста при приготовлении слоеного полуфабриката с целью улучшения его эластичных свойств и предупреждения усадки при выпечке. Применение таких ферментных препаратов при производстве вафель позволяет оптимально снизить вязкость вафельного теста, способствует получению тонких хрустящих вафельных листов.

Для производства отливных помадных корпусов конфет, круглых помадных корпусов и жидких фруктовых начинок, таких как вишневый ликер, в кондитерской промышленности применяется фермент Инвертаза. Применение Инвертазы обусловлено необходимостью получить полумягкую или жидкую консистенцию при высоких концентрациях сахара, предотвращающих брожение. Ускорение или замедление действия инвертазы достигается путем изменения концентрации вносимого препарата, количества воды и температурного режима.

Переработка фруктов, ягод, овощей

Наряду с современным оборудованием и новыми технологическими процессами, при переработке фруктов, ягод и овощей, ферменты позволяют повысить глубину переработки сырья и тем самым уменьшить количество отходов, повышают производительность и рентабельность предприятий. При этом в одних случаях необходимо иметь набор ферментных препаратов, содержащих определенный комплекс ферментов, в других — требуются препараты индивидуальных ферментов.

В соответствии со спецификой плодово-ягодного сырья и целями применения ферментные препараты можно разделить на шесть групп:

1. Ферменты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность — Пектиназа.

2. Ферменты, предназначенные для получения осветленных соков, увеличивающие выход, повышающие экстрактивность и обеспечивающие полный гидролиз пектиновых и белковых веществ — Пектиназа, Пектинлиаза, Протеаза кислая.

3. Ферменты, мацерирующие плодово-ягодную ткань, повышающие выход и гомогенность соков с мякотью — Пектинлиаза.

4. Ферменты, предназначенные для получения осветленных плодово-ягодных виноматериалов, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность виноматериалов — Пектиназа, Глюкоамилаза.

5. Ферменты, способствующие предотвращению окислительных процессов и развитию аэробных микроорганизмов в соках, винах, безалкогольных напитках — Глюкозооксидаза.

6. Ферменты, катализирующие инверсию сахарных сиропов при производстве безалкогольных напитков и товарных сиропов — Инвертаза.

Производство спиртных напитков

Крахмал, как основной компонент сухих веществ зернового сырья, из которого и образуется спирт, непосредственно дрожжами не сбраживается. Поэтому его необходимо гидролизовать до сбраживаемых сахаров, для этого требуется применение ферментов, которые осуществляют гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, являются источником азотистого питания для дрожжей и при осахаривании крахмалистого сырья производят частичное разрушение клеточных стенок сырья.

Применяемый издавна зерновой солод, как источник амилолитических ферментов, обеспечивает достаточно глубокое осахаривание и выбраживание, однако скорость осахаривания крахмала при использовании солода остается достаточно низкой, что затрудняет интенсификацию процесса брожения. Применение ферментных препаратов микробного происхождения (Альфа-амилаза, Глюкоамилаза) дает возможность значительно повысить концентрацию необходимых ферментов в среде и обеспечить глубокий гидролиз крахмала за сравнительно короткий период.

Кроме стадии осахаривания ферментные препараты, обладающие сильной разжижающей активностью (Альфа-амилаза), применяются на стадии водно-тепловой обработки сырья с целью смягчить режим разваривания, снизить вязкость замесов и облегчить их дальнейшую транспортировку. Применяя ферментные препараты на стадии приготовления сусла для дрожжегенерации, необходимо обеспечить интенсивный гидролиз белков с целью обогащения ценным азотистым питанием дрожжевого сусла.

Таким образом, для спиртового производства, перерабатывающего крахмалсодержащее сырье, необходимо применение ферментных пре паратов с амилолитическим, протеолитическим и цитолитическим действием.

Пивоварение

При производстве пива по обычной технологической схеме, необходимые ферменты (для подготовки зернового сырья и перевода экстрактивных веществ в растворимое состояние на стадии затирания) образуются в процессе солодоращения.

Основными ферментами, образующимися в процессе солодоращения и имеющими наиболее существенное значение в технологии пивоварения, являются:

1. Амилолитические ферменты, разжижающие и осахаривающие крахмал (Альфа-амилаза бактериальная, Амилоризин, Глюкоамилаза).
2. Протеолитические ферменты, расщепляющие белки ячменя до пептидов различной молекулярной массы и свободных аминокислот (Протеаза).
3. Цитолитические ферменты, гидролизующие некрахмальные полисахариды, растворяющие клеточные стенки эндосперма зерна, благодаря чему облегчается доступ амилаз и протеаз к соответствующим субстратам (Целлюлаза).

Каждый из перечисленных процессов должен пройти с определенной глубиной, чтобы обеспечить нормальное протекание фильтрации затора, брожения сусла, осветление и фильтрацию пива, а также создание определенных физико-химических свойств (ценообразование, прозрачность, стойкость при хранении) и вкусовых качеств готового продукта.

Применение ферментных препаратов микробного происхождения (амилоризин, амилосубтилин, проторизин) с целью замены солода несоложенным ячменем позволяет интенсифицировать процесс, избежать потерь ценных компонентов сырья на дыхание и образование проростка, в целом повысить рентабельность пивоваренного производства.

Переработка мяса и рыбы

В последнее время ферментные препараты все шире используются в переработке мяса и рыбы. Это связано с их способностью продуцировать в тканях мяса и рыбы специфические биологически активные компоненты: органические кислоты, бактериоцины, ферменты, витамины, что способствует улучшению санитарно- микробиологических, органолептических показателей готового продукта, а также позволяет интенсифицировать производственный процесс.

Ферментативные методы позволяют повысить качество мяса, удовлетворить растущие требования потребителей и увеличить степень переработки сырья. Известны два основных направления использования ферментов в мясной промышленности: тендеризация жесткого мяса и реструктурирование свежего низкокачественного мясного сырья и обрези (тримминга) с получением продукта высокого качества.

В мясной индустрии и кулинарии используют в основном ферменты, разлагающие белки (Протеаза, Коллагеназа), а так же ферменты «сшивающие» белки (Трансглутаминаза) в качестве улучшителей текстуры. В последнее время становятся популярными новые направления использования традиционных ферментов в молекулярной кухне. Примерами могут служить окисляющие ферменты для получения продукции с заданной структурой и получение требуемого вкуса и аромата с помощью липаз, глутаминаз, протеаз и пептидаз.

Интернет-магазин

Купить

Перейти в магазин

www.biopreparat.shop

Заказать консультацию

+74993466099

Пн-Пт 09:00-18:00

+79250728840

Пн-Пт 09:00-18:00

+79250728840

Whatsapp, Viber, Telegram

[email protected]

Контакт-центр

Консультация в мессенджерах

применение для молекулярной диагностики и генной инженерии – Новости – Глобальные технологические тренды. Информационный бюллетень – Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Ферменты — белковые молекулы, которые обеспечивают ускорение каталитических (химических) процессов в живых системах, — играют значимую роль в развитии биотехнологий. Они могут быть получены как из источников растительного и животного происхождения, так и с помощью микроорганизмов. Ферменты активно применяют в фундаментальных и прикладных медицинских исследованиях: от секвенирования (полной расшифровки) ДНК до обнаружения жизненно важных белков в организме человека.

С ферментами связан целый ряд перспективных исследований и разработок в сфере медицины, которые помогут удешевить производство антибиотиков и сделать их более эффективными, повысить качество и доступность средств диагностики многих серьезных недугов, в частности, сердечно-сосудистых заболеваний.

Описанные в настоящем выпуске информационного бюллетеня разработки новых методов получения и использования ферментов позволят интенсифицировать развитие молекулярной диагностики и генной инженерии, приведут к созданию новых генетических конструкций и в целом усилят позиции России в области биотехнологий.

Версия для печати:

  

Ферменты плесневых грибов для диагностики болезней сердца

Первенство среди самых распространенных и опасных недугов XXI века прочно удерживают сердечно-сосудистые заболевания, вызванные тромбоэмболическими осложнениями (их причина — закупорка кровеносных сосудов тромбом вследствие нарушения свертываемости крови). Для своевременного предотвращения этой проблемы сейчас применяют диагностикумы на основе змеиного яда, определяющие с высокой точностью содержание в крови основных белков системы гемостаза (отвечает за вязкость крови). Перспективным и недорогим аналогом могут стать мицелиальные, в частности некоторые виды аспергиллов, акремониумов и артроботрисов.

Функциональное состояние важных белков системы гемостаза (протромбина, плазминогена, протеина С и др.) исследуют путем активации компонентов системы свертывания крови. Содержащиеся в диагностических препаратах ферменты запускают фибринолиз — процесс растворения в крови тромбов и сгустков. Применение грибных ферментов позволит снизить стоимость диагностических наборов по сравнению с аналогами, разработанными на основе змеиного яда.

 

---

Эффекты Снижение стоимости диагностики сердечно-сосудистых заболеваний и формирование культуры их раннего предупреждения. Увеличение продолжительности жизни и трудоспособного возраста населения.

Оценки рынка $7,7 млрд может достичь к 2020 г. объем мирового рынка ферментов (в том числе для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний) при среднегодовом темпе роста в 8,3%. Рынок Азиатско-Тихоокеанского региона будет расти еще более динамично: прогнозируемый темп — 9,4% в год. Вероятный срок максимального проявления технологического тренда: 2025–2035 гг.

Драйверы и барьеры  Рост числа сердечно-сосудистых заболеваний.  Повышение значимости превентивной медицины для поддержания здорового образа жизни.  Меньшие этические риски использования ферментов из мицелиальных грибов по сравнению с получением ферментов из змеиного яда.  Дефицит квалифицированных кадров в области микробиологии и биохимии.  Необходимость проведения клинических испытаний, которое препятствует быстрому созданию новых диагностикумов.

Международные публикации

Международные патентные заявки

Уровень развития технологии в России «Заделы» — наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

---

 

Термостабильные ферменты для высокоточных ДНК-тестов

В основе ДНК-тестов, применяемых для установления родственных связей, оценки риска развития заболеваний и генетических отклонений, переносимости лекарств и других целей, заложена процедура синтеза фрагментов ДНК. Ее осуществляют в искусственных условиях при температуре, часто превышающей 60^oС, из-за чего эффективность процесса сильно зависит от деятельности термостабильных ферментов.

Используемые для анализов ДНК ферменты должны взаимодействовать с исходной нуклеотидной последовательностью ДНК (в том числе специфической) длительное время и без ошибок. Их источником являются, в основном, термофильные микроорганизмы, способные функционировать при высоких температурах. Однако эти ферменты проявляют низкую точность при секвенировании ДНК и клонировании генов, что существенно ограничивает возможности их применения и делает крайне актуальным поиск новых термостабильных ферментов.

 

---

Эффекты Повышение точности анализов ДНК и своевременное выявление наследственных заболеваний приведет к увеличению продолжительности жизни населения. Рост точности и скорости получения результатов в криминалистике обеспечит снижение уровня социальной напряженности.

Оценки рынка $50–70 млрд — нынешний объем мирового рынка генетических исследований. Его сегмент — рынок оборудования для проведения генетического анализа — характеризуется уверенной положительной динамикой: среднегодовой темп роста составляет 12,9% (в мире) и 7,7% (в России). Вероятный срок максимального проявления технологического тренда: 2025–2035 гг.

Драйверы и барьеры  Рост научного интереса и доступность оборудования на базе центров коллективного пользования, а также возможность извлекать коммерческие выгоды от применения технологий молекулярной диагностики и генной инженерии.  Длительный срок окупаемости масштабных инвестиций в проведение исследовательских и опытных работ, низкий уровень мобильности квалифицированных кадров.

Международные публикации

Международные патентные заявки

Уровень развития технологии в России «Заделы» — наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

---

 

Биоинженерия ферментов для синтеза недорогих антибиотиков

На фоне активного производства антибиотиков во всем мире остаются актуальными две важные проблемы: болезнетворные микроорганизмы быстро адаптируются к существующим препаратам, а дорогие антибиотики последнего поколения недоступны для малообеспеченных групп населения. Решение обеих задач — в совершенствовании методов получения промышленных ферментов, используемых в производстве полусинтетических антибиотиков нового поколения.

В основе борьбы с адаптацией (устойчивостью) микроорганизмов к препаратам лежит производство новых либо модификация уже существующих антибиотиков химическим способом (их «ядра» получают путем ферментного удаления боковых групп молекул антибиотиков). Снизить их стоимость возможно за счет применения биоинженерных подходов, направленных на синтез в большом количестве продуцентов промышленных ферментов — рекомбинантных штаммов. Антибиотики в процессе ферментативной трансформации превращаются в ценные промежуточные соединения, которые затем используются для создания новых менее дорогих антибиотиков.

 

---

Эффекты Удешевление антибиотиков и снижение устойчивости к ним болезнетворных микроорганизмов сделает их более эффективными и доступными для населения, что приведет к снижению уровня заболеваемости и повышению качества жизни и работоспособности людей.

Оценки рынка $7 млрд может достичь к 2017 г. рынок производства ферментов, в том числе применяющихся для синтеза антибиотиков. Его рост в среднем составит 6,3% в год на фоне увеличения спроса со стороны развивающихся стран, в первую очередь Индии и Китая. Вероятный срок максимального проявления технологического тренда: 2020–2025 гг.

Драйверы и барьеры  Рост спроса на антибиотики в связи с ослаблением иммунной системы людей из-за ухудшающейся экологии и растущей урбанизации.  Меры государственной политики по повышению доступности антибиотиков для населения.  Необходимость капитальных затрат на проектирование опытных предприятий, где будут разрабатываться технологии биоинженерии промышленных ферментов.

Международные публикации

Международные патентные заявки

Уровень развития технологии в России «Возможность альянсов» — наличие отдельных конкурентноспособных коллективов, осуществляющих исследования на высоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами.

 

---

Мониторинг глобальных технологических трендов проводится Институтом статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики (issek.hse.ru) в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.

При подготовке трендлеттера использовались следующие источники: Прогноз научно-технологического развития РФ до 2030 года (prognoz2030.hse.ru), материалы научного журнала «Форсайт» (foresight-journal.hse.ru), данные Web of Science, Orbit, medprom2020.ru, freedoniagroup.com, grandviewresearch.com, vademec.ru и др.

Более детальную информацию о результатах исследования можно получить в Институте статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ: [email protected], +7 (495) 621-82-74.

Над выпуском работали: Александр Осмоловский, Анна Соколова, Елена Гутарук, Карина Назаретян, Ким Воронин, Любовь Матич, Надежда Микова.

© Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», 2015

Ферменты: функция, определение и примеры

Ферменты помогают ускорить химические реакции в организме человека. Они необходимы для дыхания, переваривания пищи, работы мышц и нервной системы, а также для тысяч других функций.

Каждая клетка человеческого тела содержит тысячи ферментов. Ферменты помогают облегчить химические реакции внутри каждой клетки.

Поскольку они не разрушаются в процессе, клетка может повторно использовать каждый фермент повторно. Ферменты помогают с определенными функциями, которые жизненно важны для работы и общего состояния здоровья организма.

В этой статье рассматривается, что такое ферменты и какую роль они играют в различных частях тела.

Большинство ферментов представляют собой белки, хотя некоторые из них представляют собой молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК). Молекулы РНК переводят информацию из ДНК и создают белки.

Каждая клетка содержит тысячи ферментов, оказывающих специфическую помощь всему организму.

Ферменты помогают в химических реакциях, поддерживающих жизнь и здоровье человека. Например, они выполняют необходимую функцию для обмена веществ, процесса расщепления пищи и питья в энергию.

Ферменты ускоряют (катализируют) химические реакции в клетках. В частности, они снижают порог, необходимый для начала предполагаемой реакции. Они делают это, связываясь с другим веществом, известным как субстрат.

Ферменты обеспечивают поддержку многих важных процессов в организме. Вот некоторые примеры:

• Пищеварительная система: Ферменты помогают организму расщеплять большие сложные молекулы на более мелкие молекулы, такие как глюкоза, чтобы организм мог использовать их в качестве топлива.
• Репликация ДНК: Каждая клетка тела содержит ДНК. Каждый раз, когда клетка делится, ей необходимо скопировать свою ДНК. Ферменты помогают в этом процессе, раскручивая катушки ДНК.
• Ферменты печени: Печень расщепляет токсины в организме. Для этого он использует ряд ферментов, облегчающих процесс разрушения токсинов.

Другие виды деятельности, в которых помогают ферменты, включают:

• выработку гормонов
• клеточную регуляцию
• создание движения для сокращения мышц
• транспортировка материалов вокруг клетки
• дыхание
• передача сигнала

Поделиться на PinterestМодель ферментного замка и ключа

Модель «замок и ключ» была впервые предложена в 1894 году. В модели активный центр фермента имеет определенную форму, и только субстрат подходит к нему, как к замку и ключу.

Более новая модель, модель индуцированного соответствия, помогает учитывать реакции между субстратами и активными центрами, которые не являются точным соответствием.

В этой модели активный центр меняет форму при взаимодействии с подложкой. Как только субстрат полностью зафиксируется и займет точное положение, можно начинать катализ.

Ферменты могут работать только при определенных условиях. Большинство ферментов в организме человека лучше всего работают при температуре около 98,6 градусов по Фаренгейту (F) (37 ° C), что является типичной температурой тела. При более низких температурах они все еще могут работать, но гораздо медленнее.

При слишком высокой температуре или слишком кислой или щелочной среде фермент меняет форму; это изменяет форму активного центра, так что субстраты не могут связываться с ним. Это денатурация.

Различные ферменты переносят разные уровни кислотности. Например, ферменты в кишечнике лучше всего работают при pH около 8, тогда как ферменты в желудке лучше всего работают при pH около 1,5, потому что желудок гораздо более кислый.

Некоторые ферменты не могут функционировать, если они не присоединены к определенной небелковой молекуле, известной как кофакторы. Кофакторы бывают двух типов: ионы и коферменты.

Ионы — это неорганические молекулы, которые слабо связаны с ферментом, чтобы обеспечить его работу. Напротив, коферменты представляют собой органические молекулы, которые также слабо связаны с ферментом и позволяют ему выполнять свою работу.

Когда кофактор прочно связывается с ферментом, он называется простетической группой.

Для обеспечения правильной работы систем организма иногда необходимо замедлить работу ферментов. Например, если фермент производит слишком много продукта, то организму нужен способ уменьшить или остановить его производство.

Несколько факторов могут ограничивать уровни активности фермента, в том числе:

• Конкурентные ингибиторы: Эта молекула ингибитора блокирует активный центр, так что субстрату приходится конкурировать с ингибитором за присоединение к ферменту.
• Неконкурентные ингибиторы: Эта молекула связывается с ферментом не только в активном центре, но и снижает эффективность его работы.
• Неконкурентные ингибиторы: Этот ингибитор связывается с ферментом и субстратом. Продукты менее легко покидают активный центр, что замедляет реакцию.
• Необратимые ингибиторы: Это необратимый ингибитор, который связывается с ферментом и навсегда инактивирует его.

В организме человека существуют тысячи ферментов, выполняющих около 5000 различных функций. Вот несколько примеров:

• Липазы: Эта группа ферментов помогает переваривать жиры в кишечнике.
• Амилаза: В слюне амилаза помогает превращать крахмалы в сахара.
• Мальтаза: Это также происходит в слюне и расщепляет мальтозу на глюкозу.
• Трипсин: Эти ферменты расщепляют белки до аминокислот в тонком кишечнике.
• Лактаза: Лактаза расщепляет лактозу, сахар в молоке, на глюкозу и галактозу.
• Ацетилхолинэстераза: Эти ферменты расщепляют нейротрансмиттер ацетилхолин в нервах и мышцах.
• Хеликаза: Ферменты хеликазы распутывают ДНК.
• ДНК-полимераза: Эти ферменты синтезируют ДНК из дезоксирибонуклеотидов.

Типы ферментов

Специалисты подразделяют ферменты на несколько различных типов в зависимости от функций, которые они выполняют в организме. Различные типы включают:

• оксидоредуктазы
• трансферазы
• гидролазы
• лиазы
• лигазы
• изомеразы

Для правильного функционирования организму необходимы все различные типы.

Ферменты играют большую роль в повседневной работе человеческого организма. Ферменты работают, объединяясь с молекулами, чтобы начать химическую реакцию. Они лучше всего работают при определенных уровнях pH и температуре.

Они играют жизненно важную роль в правильном функционировании пищеварительной системы, нервной системы, мышц и многого другого.

Промышленное использование ферментов

Ферменты: обзор

Ферменты представляют собой белки, способные катализировать химические реакции. У нас есть несколько статей, которые вы можете прочитать, чтобы узнать больше о белках, их использовании и их выделении для исследовательских и клинических целей. Ознакомьтесь с нашей статьей о выделении белка, если вы думаете о том, как лучше всего очистить интересующий вас белок, или прочитайте нашу статью об анализе белка, чтобы узнать больше о работе с белками. Ферменты особенно интересны и полезны из-за их каталитической активности. Молекула, которая входит в состав фермента для манипуляций, называется субстратом. Вы часто будете видеть это взаимодействие, называемое взаимодействием «замок и ключ», поскольку субстрат должен точно соответствовать карману фермента, чтобы он работал должным образом (ферменты очень специфичны!), точно так же, как ключ очень специфичен для фермента. замок, в который он входит.

 

Промышленное использование ферментов: механизм

Прежде чем мы приведем вам много хороших примеров промышленного использования ферментов, мы подробно остановимся на ферментативном механизме, чтобы вы имели представление о том, как он работает. Лактаза является важным ферментом для человека и молочной промышленности. У людей лактаза представляет собой трансмембранный белок в кишечнике, который расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу. Затем эти два сахара могут транспортироваться из кишечника в кровь. Когда люди перестают вырабатывать лактазу, они начинают не переносить лактозу. Вот где в промышленности появляется лактаза. Лактаза используется компаниями, производящими безлактозное молоко, для расщепления лактозы в молоке перед его продажей!

Промышленное использование ферментов: введение

Ферменты используются в пищевой, сельскохозяйственной, косметической и фармацевтической промышленности для контроля и ускорения реакций с целью быстрого и точного получения ценного конечного продукта . Ферменты имеют решающее значение для производства сыра, пивоварения, выпечки хлеба, извлечения фруктового сока, дубления кожи и многого другого. Промышленное использование е ферментов также увеличивается, поскольку они используются в производстве биотоплива и биополимеров. Ферменты могут быть получены из микробных источников или могут быть получены синтетическим путем. Дрожжи и кишечная палочка обычно разрабатываются для сверхэкспрессии интересующего фермента. Этот тип ферментной инженерии представляет собой мощный способ получения большого количества фермента для биокатализа с целью замены традиционных химических процессов.

Промышленное использование ферментов: Примеры

Пивоварни не смогли бы варить наше пиво без ферментов и содержащих их дрожжей. Один из первых этапов процесса пивоварения включает проращивание зерна и расщепление этого крахмала на молекулы сахара мальтозы и глюкозы с помощью ферментов амилазы. Затем дрожжи потребляют эти простые сахара и производят спирт и углекислый газ посредством гликолиза и спиртового брожения. Эти процессы вместе требуют целых 12 ферментов! Использование всего организма дрожжей намного эффективнее, чем попытки воссоздать этот процесс с помощью синтетических ферментов. Процесс спиртового брожения берет две молекулы пирувата из гликолиза и превращает их в этанол с помощью пируватдегидрогеназы и алкогольдегидрогеназы. При производстве сыра используется аналогичный процесс, но вместо этого требуется, чтобы бактерии выполняли гликолиз для преобразования сахаров в молоке в молочную кислоту, которая придает сыру и йогурту их исключительный вкус.

Ферменты преобразуют непищевые отрасли промышленности в улучшают процессы и снижают потребление энергии . Например, акриламид получают из акрилонитрила с использованием нитрилгидратазы. Организм Rhodococcus rhodochrous J1 был направлен на сверхэкспрессию фермента нитрилгидратазы. Этот фермент эффективно превращает акрилонитрил в акриламид в мягких условиях и обеспечивает улучшение по сравнению с более традиционными методами.

Традиционный метод производства гликолевой кислоты включал реакцию формальдегида с монооксидом углерода на кислотном катализаторе при высокой температуре и давлении. Ферменты предложили более мягкую альтернативу . E. Coli можно заставить сверхэкспрессировать нитрилазу, которая в сочетании с другими ферментами, такими как лактоальдегидредуктаза и лактоальдегиддегидрогеназа, в цепной реакции обеспечивает более простой метод производства гликолевой кислоты.

Разработка ферментов  

Если целые организмы не могут быть использованы в промышленном процессе, тогда может потребоваться особая структура и ориентация фермента . Этого трудно достичь с помощью традиционных методов сбора урожая или химического синтеза. Часто для повышения эффективности реакции требуется определенный энантиомер, и может быть трудно найти высокую долю конкретной молекулы в природе. Однако благодаря новым технологиям направленной эволюции стало возможным разрабатывать дизайнерские ферменты, вызывая мутации в процессах производства ферментов бактериями или дрожжами . Эти мутации иногда приводят к образованию организма, особенно пригодного для производства ферментов в промышленности . Этот процесс может улучшить стабильность организма и ферментов , субстратную специфичность и энантиоселективность. Большинство промышленных процессов требуют, чтобы фермент был высоко специфичен к субстрату, и всегда есть возможности для улучшения процесса.

Другое промышленное применение ферментов в промышленности

Прочее промышленное применение ферментов  в промышленности включает липазу, полифенолоксидазы, лигнинпероксидазу, пероксидазу хрена, амилазу, нитритредуктазу и 20-3-уреазу. Многие из этих ферментов используются для биосенсоров из-за специфического сродства между субстратом и его ферментом. Другие, такие как пероксидаза хрена, используются для химического обнаружения биомаркеров в тканях.

Конечно, мы не можем игнорировать важность ферментов в пищевой промышленности. Очищенные ферменты необходимы для варки пива, выпечки хлеба, производства сыра и получения фруктового сока . Изготовление сыра — это вековая традиция, для которой требуется на удивление мало ингредиентов: молоко, бактерии, сычужный фермент и соль. Бактериальная культура является источником вкуса и текстуры. Сычужный фермент представляет собой фермент, расщепляющий молочный белок казеин с образованием творога . Фермент естественным образом содержится в желудке животных, пьющих/производящих молоко, но химозин, полученный в результате ферментации, получают из растительных, грибковых и микробных источников для промышленных целей сыроделия. 9. Будь то в форме использования ферментов для нового использования старого возобновляемого источника энергии или просто устранения необходимости в экстремальных температурах и давлениях для синтеза продукта, ферменты становятся все более важным компонентом технологий экологически чистой энергии .