Применение ферментов. Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз (Н.Ф.3.4.) и катализируют реакцию гидролиза пептидной связи в молекулах белков и пептидов.

Согласно классификации, предложенной в 1937 году М. Бергманом и Д. Фрутоном, среди протеолитических ферментов можно выделить две основные группы: эндопептидазы, действующие на центральные участки молекул белка, и экзопептидазы, последовательно отщепляющие аминокислоты с концов полипептидной цепи.

Эндопептидазы в свою очередь делят на аминопептидазы и карбоксипептидазы, катализирующие соответственно отщепление N– и С-концевых аминокислот, дипептидазы, проявляющие специфичность к дипептидам, а также дипептидилпептидазы и пептидилдипептидазы, катализирующие отщепление дипептидов соответственно от N– и С-конца полипептидной цепи.

Деление эндопептидаз на подгруппы основано на строении активного центра (табл. 1.).

Таблица 1. Классификация эндопептидаз

 

Подгруппа

Строение активного центра

Примеры

Сериновые протеиназы

Остаток серина и гистидина

Протеиназы животного происхождения: трипсин, химотрипсин, тромбин, плазмин, эластаза

Тиоловые (цистеиновые) протеиназы

SН-группа остатка цистеина

Протеиназы растительного происхождения: папаин, фицин, бромелаин, химопапаин

Кислые (карбоксильные) протеиназы

СООН-группа остатка аспарагиновой кислоты

Пепсин и родственные ему протеиназы микромицетов

Металлопротеиназы

Металл

Микробные нейтральные протеиназы и некоторые протеиназы животного происхождения

 

Важным фактором, влияющим на скорость ферментативных реакций, катализируемых протеолитическими ферментами, является пространственная структура белкового субстрата. Подверженность белка протеолизу увеличивается с уменьшением степени упорядоченности структуры.

Так, на начальной стадии гидролиза нативных белков часть пептидных связей остается недоступной для действия ферментов из-за наличия упорядоченных структур (вторичной, третичной и четвертичной). При денатурации белков под действием под действием различных физико-химических факторов происходит развертывание полипептидной цепи, в связи с чем денатурированные белки гидролизуются быстрее нативных.

Протеазы широко используются во многих отраслях промышленности. Описано применение протеолитических ферментов в медицине для получения сывороток и вакцин, регулирования процессов свертывания крови, лечения воспалительных процессов, восполнения ферментов в организме. Их использование позволяет повысить эффективность действия синтетических моющих средств за счет расщепления белковых загрязнений.

В пищевой промышленности применение протеаз позволяет улучшить технологические свойства сырья, повысить качество готовых изделий, а также увеличить выход готовой продукции.

В мясной и птицеперерабатывающей промышленности протеолитические ферменты используются по двум основным направлениям: для получения гидролизатов мясного сырья и для мягчения мяса.

Российскими исследователями обоснована целесообразность применения протеолитических ферментов животного (коллагеназа из гепатопанкреаса камчатского краба) и микробного (мегатерин Г10Х и протосубтилин Г10Х) происхождения для обработки низкосортного мясного сырья с высоким содержанием соединительнотканных белков.

Специалистами Воронежской государственной технологической академии показано, что при обработке говядины протеолитическим ферментным препаратом животного происхождения Протепсин наблюдается набухание мышечных волокон и соединительнотканной оболочки, уменьшение содержания рыхлой соединительной ткани и ослабление связи между разволокненными мышечными волокнами, что ведет к повышению сортности и биологической ценности мясопродуктов.

Жариновым А.И. и Евтиховым П.Н. проводились исследования возможности применения ферментных препаратов коллагеназы и трипсина для улучшения качественных характеристик мяса кур яйценосной породы. Авторами установлено, что использование ферментной модификации позволяет существенно водосвязывающую способность и пластичность мясного сырья, а также существенно улучшить прочностные характеристики.

В молочной промышленности протеазы применяют при производстве сыров. Для получения мягких сыров сложного сырьевого состава, одним из компонентов рецептур которых является соевая эмульсия, биокатализаторы рекомендуется применять для ограниченного протеолиза растительных белков, входящих в состав эмульсии.

Протеолитические ферментные препараты успешно используются в крахмало-паточной промышленности для получения свободных от сопутствующих белков высокоочищенных паток.

При производстве хлебопекарных и кондитерских изделий ферментативный гидролиз высокомолекулярных компонентов сырья, таких как белки и углеводы, способствует интенсификации процесса тестоведения.

Работами зарубежных исследователей доказаны преимущества применения протеолитических ферментов микробного происхождения в кондитерской промышленности при производстве печенья, крекеров, бисквита и других кондитерских изделий.

Протеиназы играют значительную роль в процессах получения плодово-ягодных соков и вин для борьбы с белковыми помутнениями. В пивоварении ферментные препараты микробного происхождения используются с целью замены солода несоложеным ячменем, что позволяет существенно повысить рентабельность пивоваренного производства.

Исследователями ФГУП НИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов предложен метод использования бактериальных сериновых эндопептидаз, химитрипсина, плазмина и тромбина для получения пептидов.

Итак, очевидно, что область применения протеолитических ферментных препаратов при производстве мясных, молочных и других продуктов питания широка. Другим перспективным направлением их использования в пищевой промышленности являются процессы выделения ценных белковых компонентов из различных видов сырья, в частности растительного происхождения.