Выделение и очистка продуктов биотехнологии (стр. 5 )

Большое значение имеет глюкозооксидаза грибов, так как она позволяет пищевым продуктам освобождаться от остатков глюкозы и молекулярного кислорода и этим повышает сроки их хранений. Глюкозооксидазу добавляют к яичному порошку, к майонезу, к пиву при его длительном хранении. С помощью этого фермента замедляется окисление аскорбиновой кислоты при обработке им овощей и фруктов. Применение ферментов облегчает получение глюконовой кислоты.

Каталазу Asp. niger применяют в пищевой промышленности для удаления остатков пероксида водорода – стерилизующего агента при получении пищевых концентратов, стерильного молока, меланжа.

Препараты целлюлазы используют для осахаривания картофельной мезги, выделения крахмала из картофеля и зерна, увеличения выхода агар-агара из водорослей, для приготовления овощной пасты, удаления кожуры у цитрусовых. Используют их и для получения редуцирующих сахаров из растительных материалов. Такой способ производства сахаров может быть дешевле, чем при использовании в качестве исходного субстрата крахмала.

Протеолитические ферменты микробного происхождения заменяют ренин в сыроделии для получения сгустка. Начинают их использовать для размягчения (тендеризации) мяса, ускорения созревания рыбы при посоле, в виноделии и пивоварении.

Липазы находят применение в производстве цельного сухого молока, в сыроделии для ускорения созревания сыров и придания им специфического вкуса и аромата.

18. 5. 2. Применение ферментов в текстильной промышленности

В текстильной промышленности пектолитические ферменты микроорганизмов давно и широко применяются для переработки льносоломы и получения из нее волокна. В настоящее время используется тепловая мочка льна на льнозаводах. Основными микроорганизмами, участвующими в процессе мочки, признаны анаэробы рода Clostridium. Процессы, протекающие во время мочки, приводят к разрушению пектиновых веществ льносоломы и высвобождением льноволокна.

Для ускорения процесса (обычно идущего 2,5-3 сут.) и повышения качества волокна был получен ферментный препарат пектоклостридин ГЗх - отфильтрованная и высушенная культуральная жидкость Clostridium sp. Препарат позволяет ускорить процесс мочки в 2-2,5 раза и получить волокно с высокой механической прочностью. Амилолитические препараты используются для удаления клея из тканей (расшлихтовка). Некоторые протеиназы, в частности протосубтилин, используются для обесклеивания шелка (удаления серицина) и высвобождения шелковых волокон, состоящих из фиброина. Для освобождения шелкового волокна от жира применяют препараты липаз.

18. 5. 3. Другие области промышленного применения ферментов

В кожевенной промышленности микробные протеиназы используют для обезволашивания шкур и мягчения кожи. Применение комплексного ферментного препарата, состоящего из протеазы и липазы, ускоряет процесс и позволяет получить высококачественную шерсть.

Использование микробных ферментов при производстве моющих средств приобретает все большее распространение. Обычно в них добавляют ферменты Вас. subtilis обладающие протеолитической, амилолитической и липолитической активностями; препараты используются в комбинации с поверхностно-активными веществами. Моющие средства, содержащие ферменты, сокращают продолжительность стирки, повышают сохранность тканей, так как обработка ведется при 40-60°С (не выше).

18. 5. 4. Применение ферментов в сельском хозяйстве

Применение ферментов в сельском хозяйстве развивается в двух направлениях: 1) использование в рационах животных, 2) обработка кормов ферментами для повышения их усвояемости.

При поверхностном способе культивирования Asp. oryzae у нас в стране получают препарат амилоризин - высушенная культура гриба, содержащая α-амилазу, декстриназу, мальтазу, глюкоамилазу и протеиназу. Препарат глюкаваморин - высушенная культура Asp. аwamory, выращенного на отрубях, содержит α-амилазу, декстриназу, мальтазу, глюкоамилазу, кислую протеиназу и гемицеллюлазу. Препарат амилосубтилин, содержит α-амилазу протеазы, β-глююконазу и литические ферменты. Эти ферменты входят и в состав протосублитина ГЗх и ксилаваморина ГЗх, содержащих также гемицеллюлазу и пектиназу.

18. 5. 5. Применение ферментов в медицине

Микробные ферменты используются в различных областях медицины как терапевтические средства и при проведении клинических анализов. При лечении воспалительных процессов и ожогов применяются препараты протеиназ, разрушающие некротизированные ткани и клетки, способствуя быстрому заживлению ран.

При терапии злокачественных новообразований используют бактериальную L-аспарагиназу, превращающую L-аспарагин, необходимый лейкозным клеткам, в L-аспарагиновую кислоту, в результате чего рост опухоли значительно замедляется. Тромболитическими свойствами обладают протеиназы террилитин и стрептокиназа, имеющие микробное происхождение.

В заместительной терапии, т. е. при нарушении синтеза некоторых ферментов в организме человека, применяют отдельные ферменты и комплексные ферментные препараты. Например, при нарушении функции поджелудочной железы употребляют комплексный препарат, содержащий протеиназу, амилазу и липазу. При потере способности к синтезу лактазы и глюкоамилазы также используют эти ферменты, полученные из микроорганизмов.

При нарушении процессов пищеварения в некоторых случаях используют комплекс ферментов (α-амилаза, целлюлаза, липаза и протеиназа).

Использование микробных ферментов в медицине весьма перспективно и, несомненно, будет расширяться. Трудности в применении ферментных препаратов для целей медицины состоят в необходимости очистки их от пирогенных веществ, токсинов и других примесей. Принимая во внимание белковую природу ферментов, необходимо проверять их на антигенное действие и аллергическую реакцию организма.

18. 5. 6. Использование ферментов при проведении химических анализов

Применение ферментов в качестве химических реактивов составляет особую область аналитической и препаративной биохимии.

В качестве примеров можно привести определение кокарбоксисилазы в крови при помощи протеиназы Asp. niger, расщепляющей ее с выделением тиамина. По количеству свободного тиамина рассчитывают количество фермента.

Определение галактозы производят, используя галактозооксидазу гриба Polysporus ciracinatus. Фермент окисляет галактозу, переводя ее в соответствующий лактон с одновременным образованием пероксида водорода. При добавлении пероксидазы и орто-дианизидина появляется синяя окраска колириметрируемого раствора.

Определение оротовой кислоты можно проводить с соответствующей дегидрогеназой оротовой кислоты из Clostridium оrоticum. Фермент катализирует восстановление оротовой кислоты НАДН2 с образованием дигидрооротата и НАД.

Бактериальная гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту количественно с образованием ненасыщенного дисахарида. При этом образуются N-ацетилглюкозаминовые группы, дающие при нагревании в щелочи с пара-диметиламинобензальдегидом красную окраску (важно для колориметрирования).

Бактериальные и грибные протеиназы используются для расщепления белков, причем расщепление может быть фрагментарным. Например, субтилизин при коротком воздействии на рибонуклеазу расщепляет только одну пептидную связь этого белка. Карбоксидопептидаза дрожжей постепенно расщепляет белки, отделяя одну за другой аминокислоты с карбоксильного или аминного конца.

Определение L-аминокислот (L-лизин, L-аргинин, L-орнитин, L-тирозин и др.) можно проводить с помощью специфических декарбоксилаз аминокислот. Ферменты синтезируются некоторыми бактериями (например, Cl. welchii, Cl. septica) и эффективны при низком значении рН. Образовавшаяся при реакции углекислота может быть измерена количественно.

Определение глутамина и аспарагина проводится путем их дезаминирования специфическими дезаминадами Pseudomonas sp. Освобождающийся аммиак определяют по цветной реакции с фенолятом в присутствии нитропруссида.

Весьма перспективны такие ферменты микроорганизмов, как холестериноксидаза для определения холестерина в крови, алкогольоксидаза для обнаружения спирта и др. Ферменты используют также для изучения первичной структуры высокомолекулярных соединений: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов.

18. 5. 7. Использование ферментов в органическом синтезе

Перспективная область применения ферментов микроорганизмов - использование их для синтеза различных практически важных соединений.

Выше отмечалось, что с помощью пенициллинамидазы, образуемой некоторыми бактериями, можно получить 6-аминопенициллановую кислоту - субстрат для синтеза полусинтетических пенициллинов.

L-Аспарагиновую кислоту получают с помощью аспартазы Е. coli. При этом используют как препараты фермента, так и клетки с увеличенной проницаемостью в иммобилизованном состоянии.

Аналогичным образом могут быть синтезированы и некоторые другие практически важные L-аминокислоты, в частности тирозин, 3,4-диоксифенилаланин.

Использование ацилаз аминокислот позволяет разделить их L - и D-изомеры. В Японии создано производство L-яблочной кислоты из фумаровой на основе использования бактериальной фумаразы. Эта кислота применяется как заменитель лимонной кислоты в пищевой и фармацевтической промышленности.

Ряд реакций трансформации, ведущих к получению стероидных препаратов, основан практически на ферментативной активности не растущих клеток микроорганизмов (см. гл. 27).

С помощью ферментов микроорганизмов возможно и проведение многостадийных процессов. Например, иммобилизованные клетки дрожжей способны синтезировать глутатион из глюкозы и фосфата, что требует последовательного действия нескольких ферментов.

Как уже отмечалось выше, особая область применения ферментов микроорганизмов - их использование в генетической инженерии. Даже эти немногочисленные примеры позволяют представить, что возможности использования ферментов микроорганизмов для получения практически важных соединений, а также для других целей весьма разнообразны. Очевидно, что в недалеком будущем количество и число ферментов микробного происхождения, выпускаемых промышленностью, будет существенно расширено.