Ферментные препараты

Ферментные препараты в отличие от ферментов содержат помимо активного фермента множество балластных веществ, в том числе, и других белков. Кроме того, большинство ферментных препаратов являются комплексными, т.е. кроме основного фермента, имеющего наибольшую активность, в его состав входят другие сопутствующие ферменты. Однако существуют препараты и индивидуальных ферментов.

В промышленных условиях ферментные препараты получают из растительного сырья, например из таких растений как папайя, ананас, инжир (папаин, бромелаин и фицин соответственно); из органов и тканей животных (пепсин, трипсин, химотрипсин и др.). Однако наиболее широко ферментные препараты получают путем культивирования микроорганизмов.

Название ферментного препарата включает название основного фермента и название микроорганизма-продуцента, с окончанием «-ин». Например: амилоризин — основной фермент — амилаза, продуцент Aspergillus oryzae; протосубтилин — основной фермент — протеаза, продуцент Bacillus subtilis. Помимо этого, в названии обязательно отражается способ культивирования микроорганизма: Г — глубинный; П — поверхностный, а также степень очистки — Х (2Х; 3Х; 10Х; 15Х; 20Х).

Ферментные препараты должны удовлетворять требованиям, предъявляемым конкретными технологиями не только по типу катализируемой реакции, но и в отношении условий их действия: рН, температуры, стабильности, присутствия активаторов и ингибиторов, т.е. тех факторов, которые обуславливают эффективность действия препарата в данной среде, и позволяют правильно определить технологические режимы его применения.

В зависимости от цели применения к ферментным препаратам предъявляются определенные требования не только в отношении состава ферментов и оптимальных условий их действия, но и в отношении степени очистки, применяемых наполнителей, стоимости и ряда других параметров.

Очень важным моментом является оценка безопасности ферментных препаратов, и в первую очередь, это касается микробных ферментных препаратов, которые требуют тщательного химического, микробиологического и токсикологического контроля. Особое место занимают ферментные препараты, получаемые из генетически модифицированных микроорганизмов. Основными ферментными препаратами, полученными методами генной инженерии и разрешенными к применению в пищевой промышленности, являются: α-амилаза из B. stearothermophilys, экспессированная в B. subtilis; α-амила-за из B. megaterium экспессированная в B. subtilis; химозин А, полученный из штамма Е. coli К-12, содержащего ген телячьего прохимозина А.

Достижения молекулярной биологии, биохимии и энзимологии привели к тому, что в настоящее время строение и функции многих ферментов изучены очень детально и это позволило создать теоретическую базу для производства ферментов пролонгированного действия или иммобилизованных ферментов, то есть фиксированных или связанных ферментных препаратов. Сущность иммобилизации ферментов заключается в присоединении их в активной форме тем или иным способом к инертной матрице (обычно это нерастворимый полимерный носитель).

Иммобилизацию фермента можно определить и как включение молекулы фермента в какую-либо изолированную фазу, которая отделена от фазы свободного раствора, но способна обмениваться находящимися в ней молекулами субстрата, эффектора или кофактора.

Фаза фермента обычно нерастворима в воде и часто представляет собой высокомолекулярный гидрофильный полимер, например, целлюлозу, полиакриламид, сефарозу и т.п. Включение фермента в изолированную фазу осуществляют различными способами: фермент может быть ковалентно связан с этой фазой, адсорбирован на ней или физически включен в нее.

В настоящее время разработаны методы иммобилизации множества ферментов. Один и тот же фермент можно иммобилизировать несколькими методами. Например, глюкозоизомеразу из S. phaeochromogenes можно иммобилизовать на различных носителях: пористом алюминии, ДЭАЭ-целлюлозе, ДЭАЭ-крахмале и др. Лактатдегидрогеназу можно включить в гель, прикрепить к носителю поперечной сшивкой; аспарагиназу — прикрепить к носителю сорбционным путем или химической (ковалентной) связью.

В настоящее время в мире производится достаточно большое количество ферментных препаратов для разных отраслей пищевой промышленности, применяемых на различных стадиях технологического процесса. Однако, работа по поиску новых продуцентов, созданию новых препаратов пролонгированного действия, очистке ферментных препаратов, повышению их стабильности и т.п. ведется весьма интенсивно.

Среди основных направлений исследований можно выделить следующие:

– скрининг новых микроорганизмов-продуцентов ферментов;

– модификация ферментов с целью повышения их активности;

– получение новых рекомбинантных ферментов с заданными свойствами;

– применение ферментативного катализа с использованием мульт-энзимных композиций (МЭК) для получения ценных пищевых ингредиентов и биологически активных веществ;

– разработка пищевых нанотехнологий с использованием ферментов.

Достижения современной энзимологии значительно расширили возможности применения ферментов, в первую очередь, в медицине и пищевой промышленности, где их используют практически во всех отраслях (таблица 1).

Таблица 1. Применение ферментных препаратов в различных отраслях

пищевой индустрии