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 100оС 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.
|