Содержание
Введение………………………………………………………………..3
1.Действие
гидролитических ферментов……………………………...4
1.1.Гидролиз
пектиновых веществ…………………………………….4
1.2.Гидролиз
крахмала…………………………………………………..8
1.3.Гидролиз
целлюлоз и гемицеллюлоз………………………………11
1.3.1. Целлюлолитические микроорганизмы
и ферменты…………13
2.Гидролиз
белков………………………………………………………14
2.1.Преимущества
ферментативного способа получения
белковых гидролизатов……………………………………………………………16
3.Значение
гидролиза………………………………………………….20
Заключение
……………………………………………………………..21
Список литературы…………………………………………………….22
Введение
Гидролиз (греч. hydor вода + lysis разложение)
– разложение веществ, проходящее с обязательным
участием воды.
Живые организмы осуществляют гидролиз
различных органических веществ в ходе
реакций катаболизма при участии ферментов[12].
Реакции гидролиза подвергаются самые
различные вещества. Так в процессе пищеварения
высокомолекулярные вещества (белки, жиры,
полисахариды и др.) подвергаются ферментативному
гидролизу с образованием низкомолекулярных
соединений (соответственно, аминокислот,
жирных кислот и глицерина, глюкозы и др.).
Без этого процесса не было бы возможным
усвоение пищевых продуктов, так как высасываться
в кишечнике способны только относительно
небольшие молекулы. Так, например, усвоение
полисахаридов и дисахаридов становится
возможным лишь после полного их гидролиза
ферментами до моносахаридов [4].
Человек получает энергию как за счёт
многостадийного процесса окисления пищи
– белков, жиров и углеводов, так и за счёт
гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов,
пептидов и гликозидов.
Гидролиз – также
основа синтеза мочевины.
Среди многочисленных способов
проведения гидролиза выделяют основные
- кислотный и ферментативный гидролиз.
Ферментативный гидролиз в настоящее
время представляется более перспективным[8].
1.Действие гидролитических ферментов
Гидролазы
- класс ферментов, катализирующих реакции
гидролиза. К гидролазам относятся многие
пищеварительные ферменты. Некоторые
гидролазы используются в пищевой промышленности.
Большинство промышленно важных ферментов
относятся к классу гидролаз, потребность
в которых исчисляется десятками тысяч
тонн. К гидролазам относятся пектолитические,
амилолитические, протеолитические, цитолитические
и другие ферменты[10].
1.1.Гидролиз пектиновых веществ
Гидролиз пектиновых веществ
происходит под действием пектолитических
ферментов. Эти ферменты имеют наибольшее
значение в консервной промышленности.
Пектиновые вещества __ высокомолекулярные
соединения углеводной природы, полисахариды,
состоящие из остатков галактуроновой
или глюкуроновой кислот, соединенных
связями α-1,4. При этом образуется цепочка
полигалактуроновой кислоты.
В составе этой цепочки могут
быть ответвления в виде остатков метилового
спирта СН3О-, часть водородных атомов
карбоксильных групп может быть замещена
катионами металлов. К этой же цепи могут
присоединяться остатки сахаров: галактозы,
арабинозы, рамнозы в виде полисахаридной
цепочки. Сахаридный комплекс образует
нейтральную фракцию пектиновых веществ,
а полигалактуроновая цепочка с метоксильными
группами - кислую фракцию[11].
К пектиновым веществам относят
протопектин, пектин, пектиновые кислоты.
Протопектин или нерастворимый
пектин – нерастворимое в воде природное
соединение растительного происхождения
со сложным химическим составом, недостаточно
хорошо изучено. Возможно это соединение
пектина с другими веществами: целлюлозой,
гемицеллюлозой, белками.
Пектин или растворимый пектин
– водорастворимые полигалактуроновые
кислоты, карбоксильные группы которых
в различной степени соединены с остатками
метилового спирта, т.е. этерифицированы.
Молекулярная масса от 25 до 360000. Растворяется
в горячей воде. В присутствии сахара и
кислот образует студни. Это свойство
используется при приготовлении джемов,
повидла.
Пектиновые кислоты – высокомолекулярные
полигалактуроновые кислоты, не содержащие
этерифицированных групп. Плохо растворяются
в воде, студни не образуют. Пектиновые
кислоты могут образовывать соли с ионами
многовалентных металлов, в результате
образуются нерастворимые соединения,
которые выпадают в осадок[8].
Пектиновые вещества уменьшают
выход соков из плодово-ягодного сырья,
затрудняют их осветление.
Гидролиз пектиновых веществ
происходит под действием пектолитических
ферментов: протопектиназы, пектинэстразы,
полигалактуроназы.
Протопектиназа расщепляет
в протопектине связи между метоксилированной
полигалактуроновой кислотой и связанными
с ней арабаном и галактаном. В результате
образуется метоксилированная полигалактуроновая
кислота, которая представляет собой растворимый
пектин.
Арабан
Метоксилированная
Галактан
полигалактуроновая
кислота
Рисунок 1- Действие протопектиназы
Пектинэстераза (пектаза) принадлежит
к группе эстераз и гидролизует эфирные
связи растворимого пектина, отщепляя
метоксилъные группы от метоксилированной
полигалактуроновой кислоты.
При этом образуется
метиловый спирт (СН3ОН) и полигалактуроновая
кислота.
Полигалактуроназа (пектиназа)
действует на растворимый пектин, катализируя
расщепление α-1,4-глюкозидных связей между
остатками галактуроновой кислоты, которые
не содержат метоксилъных групп. В результате
образуются галактуроновая и полиуроновые
кислоты. По характеру гидролиза и
механизму действия различают эндо- и
экзополигалактуроназы.
Эндополигалактуроназа действует
«беспорядочно», разрывает цепь внутри
молекулы субстрата, приводит к резкому
снижению вязкости растворов, количество
восстанавливающих (альдегидных) групп
незначительное.
Экзополигалактуроназа действует
с конца цепи, отщепляя по молекуле галактуроновой
кислоты. Под действием этого фермента
вязкость снижается незначительно, но
высвобождается большое количество восстанавливающих
групп[14].
Полнота ферментативного гидролиза
пектина зависит от действия каждого из
ферментов, расщепляющих пектин. Кроме
вышеуказанных ферментов в состав пектолитического
комплекса входят также и другие, которые
недостаточно полно изучены.
Полигалактуроназа содержится,
в основном, в различных видах грибов и
бактерий, пектинэстераза – плесневых
грибах, высших растениях и бактериях.
Оптимальные условия действия
пектолитических ферментов; рН 3,7-4,0, температура
40-50 °С[11].
1.2. Гидролиз крахмала
Гидролиз крахмала осуществляется
амилолитическими ферментами.
Крахмал - полисахарид, состоящий в свою
очередь из двух полисахаридов, которые
отличаются степенью полимеризации и
типом строения – амилозой. Структурной
единицей крахмала, а, следовательно, амилозы
и амилопектина, является глюкоза, остатки
которой соединены между собой α-1,4 и α-1,6-
глюкозидньми связями[1].
Амилоза имеет линейное строение
(рисунок 3), связь между остатками глюкозы
α-1,4 (между 1-м и 4-м углеродными атомами).
Растворима в горячей воде без набухания.
Образует растворы невысокой вязкости.
Молекулярная масса от 60 до 600. С йодом
дает синее окрашивание.
Амилопектин представляет
собой разветвленную цепь, состоящую из
большого числа глюкозных остатков (около
2500, рисунок 5 А). Главная цепочка состоит
из 25-30 остатков, а боковые _ из 15-18. В амилопектине
остатки глюкозы на линейных участках
связаны α-1,4- связью, а в местах ветвления
- связью α-1,6. В воде не растворяется.
При нагревании образует клейстер. С йодом
дает фиолетовое окрашивание.
Содержание амилозы и амилопектина
в крахмале различно и зависит от сорта
растения. Например, в картофельном крахмале
амилозы содержится 19-22 %, а амилопектина
– 81-78 %.
Гидролиз крахмала осуществляется
амилазами (α-амилазой, β-амилазой, глюкоамилазой
и другими амилолитическими ферментами).
α- амилаза (декстриногенамилаза) — по
механизму действия относится к эндоферментам,
т.е. действует на молекулу субстрата изнутри,
беспорядочно, что приводит к быстрому
снижению вязкости раствора крахмала.
Гидролизует связи α-1,4 в полисахаридах,
содержащих три и более остатков D-глюкозы[2].
Амилоза под действием α-амилазы (рисунок
3) сначала распадается на декстрины среднего
размера, которые затем расщепляются на
низкомолекуляр-ные декстрины и мальтозу.
При длительном действии фермента амилоза
практически полностью превращается в
мальтозу и небольшое количество глюкозы.
Действие α-амилазы на амилопектин (рисунок
4) приводит к
образованию мальтозы и низкомолекулярных
декстринов.
Оптимальные условия дейст-вия фермента:
рН 5,7, темпе-ратура 70 °С.
β-амилаза (сахарогенамилаза) __ экзофермент,
катализирует гидролиз связей α -1,4 в полисахаридах,
последовательно отщепляя остатки мальтозы
от нередуцирующего (где отсутствует свободная
альдегидная группа) конца цепей. β-амилаза
расщепляет амилозу полностью (если
количество молекул глюкозы в ней четное)
в мальтозу, если нечетное, то наряду с
мальтозой образуется мальтотриоза (рисунок
5А).
В амилопектине β-амилаза дей-ствует лишь
на свободные нередуцирую-щие концы
глюкозных цепочек с обра-зованием маль-тозы
и высоко-молекулярных декстринов (рисунок
5 Б). Действие ее прекращается при приближении
к разветвлению (где имеется связь α-1,6)
на расстоянии одной молекулы глюкозы.
Образовавшиеся декстрины гидролизуются
дальше α-амилазой до декстринов меньшей
молекулярной массы. Степень гидролиза
пектина, таким образом, составляет около
50 %.
Оптимальные условия действия
β-амилазы: рН 4,7, температура 63 °С.
Таким образом, ни α-, ни β-амилаза не могут
полностью гидролизовать крахмал,
при совместном действии обоих амилаз
степень гидролиза крахмала составляет
95 %[5].
Глюкоамилаза __ экзофермент,
гидролизует связи α-1,4
и α-1,6 в полисахаридах, последовательно
отщепляя по одному остатку глюкозы с
нередуцирующих концов цепей. Связи α-1,4
в крахмале разрушаются быстрее, чем α-1,6.
Оптимальные условия: рН 4,5-4,6, температура
55-60°С.
В консервной промышленности гидролиз
крахмала проводят для увеличения выхода
соков из крахмалсодержащего сырья[3].
1.3. Гидролиз целлюлоз и гемицеллюлоз
Целлюлоза - высокомолекулярный
полисахарид. Представляет собой длинную
неразветвленную цепь остатков глюкозы,
соединенных связями β-1,4. Нерастворима
в воде. Входит в состав клеточных стенок
растений, прочно связана в растительных
материалах с другими соединениями: крахмалом,
гемицеллюлозой, пектином.
В настоящее время в промышленности
полный гидролиз целлюлозы может быть
проведен только концентрированными кислотами
в очень жестких условиях (высокой температуре
и давлении). При этом образуется только
D-глюкоза, загрязненная различными примесями,
от которых следует освобождаться[6].
Оптимальным является ферментативный
гидролиз. Но провести глубокий ферментативный
гидролиз целлюлозы невозможно из-за ее
нерастворимости и содержания большого
количества примесей.