Применение ферментных препаратов

Применение ферментных препаратов в позволяет добиться высокой эффективности и обеспечивает высокую специфичность, в том числе и стереоспецифичность проводимых реакций. Ферменты позволяют проводить реакции при умеренных температурах и нормальном давлении.

 

Обеспечение оптимальной активности фермента при технологическом процессе:

Для каждого фермента имеется определенное оптимальное значение pH и температуры. Нередко для промышленных процессов используются термофильные ферменты, что ускоряет процесс, и обеспечивает дополнительные преимущества. Концентрация фермента также должна быть оптимальной. Оптимальной должна быть и концентрация субстрата. Кроме того, если наблюдается ингибирование продуктом, нужно позаботиться о выведении продукта из зоны реакции.

В реакционной смеси должны находиться необходимые кофакторы.

Необходимо позаботиться о том, чтобы в реакционной смеси не было примесей, способных ингибировать используемый фермент.

 

Пример: при производстве фруктозного сиропа из крахмала используются последовательно ферменты альфа-амилаза и глюкозоизомераза. Для стабилизации альфа-амилазы при проведении процесса при температуре около 100^оС добавляют ионы кальция, однако ионы кальция подавляют активность глюкозаизомеразы, поэтому после ожижения и осахаривания крахмала ионы кальция удаляют ионообменной хроматографией. Кроме того, активность глюкозоизомеразы подавляется олигосахаридами, поэтому при получении глюкозного сиропа добиваются максимально полного гидролиза.

 

Стабилизация фермента:

Стабилизация – предотвращение денатурации фермента. Денатурация – нарушение вторичной и третичной структуры белка-фермента под действием различных факторов среды: температура, кислотность, денатурирующие агенты, взаимодействие с поверхностями, вспенивание.

 

Замечание. При проведении реакции ферментом в растворе необходимо избегать вспенивания реакционной смеси.

 

Методы стабилизации:

А. Добавление стабилизирующих веществ.

К общим методам повышения устойчивости ферментов в реакционной смеси относятся добавление веществ, повышающих вязкость (глицерин, сахароза и т.п.), добавление стабилизирующих полимеров (полиэтиленгликоль) добавление дополнительного белка (например, бычьего сывороточного альбумина). Однако эти методы довольно дороги и их не всегда удается применять в технологическом процессе.

Кроме того, многоатомные спирты могут повышать устойчивость водородных связей в белке.

 

На некоторые ферменты оказывает стабилизирующее воздействие добавление определенных ионов металлов. В частности альфа-амилаза из Bacillus caldolytics стабилизируется ионами кальция (значительно повышается термостабильность).

 

Некоторые ферменты стабилизируются добавлением небольших количеств органических растворителей (этанол, изопропанол).

 

Б. Химическая модификация белка.

В частности для трипсина – конденсация поли-аланина (около 10 остатков АК) с аминогруппами белка повышает его устойчивость к протеолизу и тепловой инактивации.

 

Для папаина – образование поперечных связей с помощью глутарового альдегида повышает термостабильность белка.

 

В. Иммобилизация белка.