Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Топ:
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Интересное:
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Дисциплины:
2018-01-04 | 552 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Для получения иммобилизованных ферментов используется ограниченное число как органических, так и неорганических носителей. К носителям предъявляются следующие требования (Дж.Порат, 1974):
- высокая химическая и биологическая стойкость;
- высокая химическая прочность;
- достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность;
- возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран);
- легкая активация;
- высокая гидрофильность;
- невысокая стоимость.
Классификация носителей схематично представлена на рисунке 4.
Рис. 4. Классификация носителей для иммобилизованных ферментов
Следует отметить, что органические носители (как низко-, так и высокомолекулярные) могут быть природного или синтетического происхождения. Природные полимерные органические носители делят в соответствии с их биохимической классификацией на 3 группы: полисахаридные, белковые и липидные.
Синтетические полимеры также можно разделить на группы в связи с химическим строением основной цепи макромолекул: полиметиленовые, полиамидные, полиэфирные.
Для иммобилизации ферментов наиболее широко используются природные полисахариды и синтетические носители полиметильного типа, остальные применяются значительно реже. Большое значение природных полимеров в качестве носителей для иммобилизации объясняется их доступностью и наличием реакционно-способных функциональных групп, легко вступающих в химические реакции. Характерной особенностью этой группы носителей также является их высокая гидрофильность. Недостаток природных полимеров - неустойчивость к воздействию микроорганизмов и довольно высокая стоимость.
|
Наиболее часто для иммобилизации используются такие полисахариды, как целлюлоза, декстран, агароза и их производные. Целлюлоза гидрофильна, имеет много гидроксильных групп, что позволяет модифицировать её, замещая эти группы. Для увеличения механической прочности целлюлозу гранулируют путем частичного гидролиза, в результате которого разрушаются аморфные участки. На их место для сохранения пористости между кристаллическими участками вводят химические сшивки. Гранулированную целлюлозу довольно легко превратить в различные ионообменные производные, такие как ДЭАЭ-целлюлоза, КМЦ и т.д.
Широко распространены носители на основе декстрана, выпускаемые под названием "сефадексы". При высушивании они легко сжимаются, в водном растворе сильно набухают. В этих носителях размер пор в геле регулируется степенью сшитости. К группе декстранов относят и крахмал. Химически модифицированный крахмал сшивается агентами, такими как формальдегид. Таким способом был получен губчатый крахмал, обладающий повышенной устойчивостью по отношению к ферментам, гидролизу. Водорастворимые препараты на основе декстрана часто применяются как носители лекарственных средств в медицине.
Хорошим носителем считается агар. Его свойства улучшаются после химической сшивки, например, диэпоксидными соединениями. Такой агар становится устойчивым к нагреванию, прочен, легко модифицируется.
Белки в качестве носителей обладают рядом достоинств: вместительны, способны к биодеградации, могут применяться в качестве тонкой (толщиной 80 мкм) мембраны. Иммобилизацию ферментов на белковых носителях можно проводить как в отсутствие, так и в присутствии сшивающих агентов. Белки используются и в фундаментальных биологических исследованиях, и в медицине. К недостаткам белков в качестве носителей относят их высокую иммуногенность (за исключением коллагена и фибрина). Наиболее для иммобилизации используются структурные (кератин, фибрин, коллаген), двигательные (миозин) и транспортные (альбумин) белки.
|
Синтетические полимерные носители применяются для ковалентной и сорбционной иммобилизации ферментов, для получения гелей, микрокапсул. Полимеры на основе стирола применяются сорбционной иммобилизации. Они могут иметь макропористую, изопористую структуру, а также гетеропористую структуру. Для получения полимерных гидрофильных носителей широко используется акриламид - производное акриловой кислоты.
Широкое распространение получил метод включения ферментов и клеток в полиакриламидный гель, имеющий жесткую пространственную сетчатую структуру. Полиакриламидный гель устойчив к химическим воздействиям. Очень интересную группу представляют полиамидные носители. Это группы различных гетероцепных полимеров с повторяющейся амидной группой -С(О)-NH-. Например, полимеры на основе N-винилпирролидона используются для получения иммобилизованных ферментов, способных медленно распадаться в организме. Кроме того, они биологически инертны, что особенно важно при использовании в медицинских целях. Существенным недостатком большинства полимерных носителей является их способность накапливаться в организме. В этом отношении предпочтение отдается природным полимерам, которые гидролизуются ферментами. Поэтому в состав лекарственных препаратов часто входит декстран, а из синтетических носителей - полимеры на основе N-винилпирролидона. В настоящее время ведутся эксперименты по созданию синтетических полимеров, расщепляющихся с образованием нетоксичных продуктов обмена.
ВВЕДЕНИЕ В ИНЖЕНЕРНУЮ ЭНЗИМОлОГИЮ
Инженерная энзимология — новое научно-техническое направление, основанное на принципах целого ряда областей современного естествознания, в первую очередь химической энзимологии, биохимии, химической технологии, а также инженерно-экономических дисциплин. Основная задача инженерной энзимологии — разработка биотехнологических процессов, в которых используется каталитическое действие ферментов, как правило, выделенных из состава биологических систем или находящихся внутри клеток, искусственно лишенных способности расти.
К инженерной энзимологии относятся соответствующие научно- исследовательские и инженерные разработки, если они ставят своей целью: а) получение нового продукта; б) получение известного продукта, но лучшего качества; в) улучшение техникоэкономических показателей процесса по сравнению с аналогичными существующими процессами.
|
1. Перспективы применения иммобилизованных ферментов в пищевой промышленности
Амилазы используются
b -амилазу используют
Глюкоамилазу, иммобилизованную на целлюлозных волокнах (триацетат целлюлозы, ДЭАЭЦ), ПААГ, глиноземе, активированном угле, пористой полиэфирной пене, деазотированном акриламидом пористом стекле, используют
Иммобилизованная в ПААГ глюкоамилаза сохраняла большую стабильность, недостатком являлась ограниченная скорость протекания раствора субстрата через колонку с гель-ферментом. Такие же трудности и при использовании ДЭАЭЦ.
Для гидролиза крахмала применяли две основные реакторные системы: 1)колонку с насадкой, заполненной иммобилизованным ферментом, раствор крахмала пропускали сверху вниз с заданными скоростями; 2)реактор с лопастными колесами для удержания фермента.
Глюкоамилаза (из Aspergilus awamori), иммобилизованная при помощи ионных связей на ДЭАЭЦ в 4-х литровом реакторе с перемешиванием С°при 55 и скорости прохождения 5%-ного крахмала 500 мл/час выход глюкозы составил 29,4 %. При использовании 30 % крахмала и скорости потока 100-360 мл/час выход глюкозы составлял 13,2 %. Продолжительность работы реактора без существенного снижения активности фермента - один месяц.
|
В качестве примера, реализованного с помощью иммобилизованных ферментов технологического процесса можно привести получение глюкозо-фруктозного сиропа из кукурузного крахмала. Этот сироп используется для получения кондитерских изделий. Процесс осуществляется с помощью трех иммобилизованных ферментов:
Лактазу (b-галактозидазу), иммобилизованную на пористом листе целлюлозы, ДЭАЭЦ, пористом стекле или измельченном каллогене применяют
Галактозидаза, присоединенная к пористым листам целлюлозы и ДЭАЭ-целлюлозы теряла стабильность при замораживании и оттаивании. При хранении в течение 3-5 С°недель при 2 препараты нековалентно связанной галактозидазы теряли 4-6 % активности в неделю, а ковалентно связанной - 1 - 1,7 % активности в неделю (Шарп и сотр.). Иммобилизованная на пористой целлюлозе галактозидаза имела активность, равную активности исходного фермента.
a -галактозидазу, иммобилизованную на микроволокнистом нейлоне, применяли в проточном реакторе
Разрабатываются способы применения иммобилизованных ферментов для обработки и утилизации отходов пищевых продуктов. Так, Роуэр ___ проназу и b-галактозидазу, связанные с пористым стеклом использовали
Перспективным является использование инвертазы -b(фруктофуранозидазы), иммобилизованной в поры триацетатцеллюлозного, диацетатцеллюлозного, этилцеллюлозного, поливинилхлоридного и др. волокон
|
Целлюлотические ферменты (целлюлаза, гемицеллюлаза, пулаланаза и др.) еще не нашли широкого применения в пищевой промышленности, однако их использование к качестве иммобилизованных ферментов весьма перспективно
Широкие перспективы для использования иммобилизованных ферментов вообще и в пищевой промышленности в особенности открывает применение реакторов на иммобилизованных ферментах в сочетании с ультрофильтрационной мембраной. Применялась для непрерывного гидролиза -амилазойaкрахмала иммобилизованными и глюкоамилазой.
В пищевой промышленности широко используется глюкозооксидаза (окисляет глюкозу в глюконовую кислоту)
В литературе описан способ ковалентного связывания глюкозооксидазы с никельалюмосилакатным носителем, предварительно активированным -амидопролтриэтоксиланом,g а затем действием тиофосгена, переведенным в изотиоцианатное производное. Наилучшие характеристики подучили для носителя, который содержал 2-8 % Ni (по весу). Время полуинактивации С°глюкозооксидазы при 5 составляло 10 суток. Интересно отметить, что активность полученного на таком носителе фермента составляла только 50 % от активности глюкозооксидазы, связанной с пористым стеклом. Глюкозооксидаза из Aspergillus niger, внедренная в коллаген при помощи электрофореза, в начальный период работы быстро теряет активность (до 15 % от исходной), что объясняется частичным вымыванием фермента, непрочно связанного с матрицей, однако остаточная активность затем сохраняется в течение трех месяцев без изменения.
Кестнером и сотрудниками показана возможность удаления кислорода из фруктовых соков при помощи иммобилизованной в ПААГ глюкозооксидазы При низкой скорости пропускания соков (0,6-0,7 мл/мин, 30°С) степень удаления кислорода составляла 70-80 % от исходного количества. В течение 9 часов работы с вишневым соком активность иммобилизованной глюкозооксидазы оставалась постоянной.
В работе 370 Показана возможность применения иммобилизованной глюкозооксидазы в системе с другими ферментами (каталазой и протеолитическими ферментами) для удаления кислорода, глюкозы, перекиси водорода и белков из пищевых продуктов.
Тепловая обработка молока с целью пастеризации наряду с разрушением патогенных микроорганизмов как правило инактивирует некоторые ферменты (липазу, фосфатазу, протеазы), а также кислотообразующие микроорганизмы. Поэтому "холодная" стерилизация молока при помощи перекиси водорода представляется более перспективной, так как количество патогенных микроорганизмов при такой обработке резко уменьшается, в то время как микроорганизмы, продуцирующие молочную кислоту, не затрагиваются.
Показана высокую эффективность применения иммобилизованной каталазы
Для целей стерилизации пригодной оказалась и иммобилизованная лактопероксидаза: при обработке клеток небольшими количествами нерастворимого фермента содержание жизнеспособных клеток уменьшалось почти на 50 %.
В работе __ Описано применение пепсина, иммобилизованного на стекле
Каталаза, связанная со стеклом при помощи глутарового альдегида была использована
Иммобилизованые пектиназы могут быть использованы
Папаин, иммобилизованный на алкиламидном пористом стекле,также пригоден
Интересными объектами для иммобилизации могут быть также пектиндеполимеразы, применяемые
Иммобилизованная нарингиназа может найти применение
2. Применение иммобилизованных ферментов в медицине
Применение иммобилизованных ферментов вместо растворимых оказалось в ряде случаев предпочтительным при использовании в качестве медицинских препаратов. Такие препараты в силу большей устойчивости дольше удерживаются в организме (обладают пролонгированным действием). Кроме того, можно создавать разнообразные, удобные для применения формы таких ферментов. Например, иммобилизация протеаз на целлюлозе позволяет получать обладающее протеолитической активность повязки и тампоны, что удобно при использовании таких ферментов для заживлении ран, язв и прочих поражений тканей (Д.Г. Кноре, С.Д.Мызина, 1992).
Препараты иммобилизованных ферментов могут найти применение в медицине
В области терапии можно выделить следующие основные направления применения иммобилизованных ферментов:
Имеющиеся на сегодняшний день данные по применению нативных ферментов свидетельствуют о том, что из-за быстрого разложения вводимого в организм фермента и из-за вызываемой им, как чужеродным белком, сильной иммунологической реакции заметного успеха добиться не удается, хотя известны примеры лечения некоторых злокачественных новообразований, в частности лимфосаркомы, нативной аспарагиназой.
Одним из наиболее важных примеров использования иммобилизованных ферментов в клинических анализах является метод определения содержания глюкозыв крови с помощью глюкозооксидады, включенной в акриламидный гель.
Другой пример такого рода - это определение содержания мочевины в различных биологических жидкостях, например в моче или плазме крови, с помощью иммобилизованной уреазы. При этом содержание мочевины может быть определено как по количеству выделенного аммиака, так и по изменению значения рН исследуемого раствора. Подобные системы могут функционировать как непрерывно действующие.
При некоторых заболеваниях, в частности при опухолях пищеварительной системы, наблюдается заметное изменение концентрации в моче хотя бы одного из дисахаридов - лактозы или сахарозы. С целью определения концентрации лактозы в моче предложено использовать иммобилизованную лактозу и сахаразу.
В последнее время для определения концентраций некоторых соединений разработаны так называемые ферментные электроды, получаемые из обычных селективных электродов покрытием их гелевой пленкой со связанным в ней ферментом.
|
|
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!