Параметрическая модель направленного биокатализа – взаимосвязь управляющих и управляемых параметров.

Биокатализ-подбор ферментов с учетом субстратной специфичности,механизма каталитического воздействия,кенетических параметров Vmax Km,активности фермента,а также создании инзимных композиций,проявл синергизм действия в оптим усл pH,t с целью интесификации технологических процессов и получения продуктов с заданными показателями выходя и качества.

Осн.положения:

Осуществляется в соответствии с параметрической моделью определяющей характер взаимодействия управляющих и управляемых параметров.

СВЕРХУ(возмущающие параметры)

1.колебания в химическом составе сырья

2. особенности механизма действия м.ф

3. различие субстратной специфичности фермента

4.отклонение состава МФП

СПРАВА(управляемы параметры)

1.выход продукта

2.показатели качества:содержание белка

3.содержание углеводов

4.степень полимеризации белков и углеводов

5.ВУС

6.ККГ

7.желирующая спасобность

8.степень эритрификации(пектин)

9.комплексообразующая спасобность

10.степень связывания стронция

СЛЕВА(управляющие параметры)

1.катал активность

2.Vmax

3.Km

4.t

5.pH

6.гидромодуль

7.Композиция мф E/S1+E/S2…..E/Sn

8. тао (буква)

СНИЗУ(Измеренный и рассчитанные параметры)

1.активность мФ

2.массовая доля влаги

3.массовая доля экстрагируемых вещ-в

4.содержание основного и сопутствующего сырья

5. опрделения показателя качества продукта

6.биокатал

Математическое описание процесса направ биок – это совокупность эксперементальных данных отражающих соотношение между управляющими и управляемыми параметрами и выбранными критериями выхода и качества продукта биокатализа.

Представленная модель имеет вид:yi=fi(x1…xn),где i= 1..n

Математическая модель направленного биокатализа основана на изменение пределах х, кот устанавливают экспериментально.

Методология включает в себя подбор не только специфичности ферментов но и режимов биокатализа

Для обработки растит,жив,микробного сырьевых источников так и нетрадиционных источников включая вторичные сырьевые ресурсы, с целью получения различных продуктов и ингредиентов. Промышленный направленный биокатализ основан на совокупности данных обуславливающих совершенство традиционных и создание новых технологий в пищевой, легкой, фармацевтической промышленности и бытовой химии. В промышленной концепции направленного биокатализа существует понятие – ограниченного биокатализа -с целью сохранения природных качеств и свойств и выхода продукта.(в технологии пищ белков процесс идет до состояния растворимых форм, а не конечного продукта - аминокислот; в технологиях пектина, продолжительность ферментационного процесса обусловлена максимальным выходом продукта и сохранением желирующих свойств). Использование измененных композиций включающие ферменты непосредственно действующие на субстрат – предшественники готового продукта, то и комплекс ферментов разрушающих структуру клеточной стенки растения(целлюлаза, ксилоназа, глюканаза)(Действие беттаглюканазы приводит к увеличению выхда эфирных масел и улучшению их качества, за счет освобождения глюкозидносвязанных форм) Направленный биокатализ решает экологические проблемы. В том числе замена кислотного и щелочного гидролиза на ферментативный.

16. Кинетические показатели ферментативных реакций. Понятие «насыщение» фермента субстратом.

Кинетика ферментативных реакций отличается от неферментных очень важной особенностью – явлением «насыщения» фермента субстратом. При низкой концентрации субстрата скорость реакции # пропорционально концентрации субстрата, т.е. реакция I порядка, т.е. при дальнейшем # количества субстрата скорость реакции замедляется, т.е. реакция приобретает нулевой порядок. Происходит «насыщение» фермента субстратом. Эффект «насыщения» был доказан Михаэлисом и Ментеном и является основой кинетики ферментативных реакций. Кинетика ферментативных реакций основана на том, что фермент Е реагирует с субстратом S в результате чего происходит образование комплекса ES, который затем распадается на свободный фермент и продукт ферментативной реакции.Е+S=₂^к1 ES; ES=Е + Р. К₁ – К₄ – константы скорости прямой и обратной реакции. Константа Михаэлиса – К_м – основной показатель в кинетике ферментативной реакции. Константа равна концентрации субстрата, в которой скорость реакции составляет ½ от max. К_м характеризует сродство фермента к субстрату и позволяет судить о его субстратной специфичности, что очень важно в процессах энзиматической модификации пищевого сырья. Другим показателем действия фермента как в живой клетке, так и выделенного из нее, является каталитическая активность. Определение активности ферментов проводят в оптимальных условиях для действия ферментов (рН, t-ра, концентрация фермента и субстрата). Обязательным условием является фактор, учитывающий концентрацию субстрата. Она должна быть на уровне или превышать концентрацию, при которой наблюдается «насыщение» субстратом. В этом случае начальная скорость реакции имеет I порядок и зависит только от концентрации фермента, т.е. определение активности фермента – это определение скорости образования конечных продуктов реакции. Например, в процессе гидролиза крахмала / целлюлозы определяется количество глюкозы. По международному соглашению за единицу ферментативной активности принимается количество фермента, способного в стандартных условиях превратить 1 ммоль субстрата в продукт реакции за 1 мин, при температуре 25 С и оптимальных условиях рН для действия данного фермента. Удельная активность фермента – число единиц ферментной активности в расчете на 1 мг белка. Обычно уровень белка в ферментных препаратах составляет 4-40 %, в зависимости от степени очистки препарата =>величину удельной активности фермента используют также как критерий очистки препарата. Чем # удельная активность, тем # степень его очистки. Для ферментативной реакции зависимость скорости процесса от концентрации фермента и субстрата выражается уравнением Михаэлиса – Ментена: V_max[S]/ K_m + [S], где V_max – максимальная скорость гидолиза; K_m – const Михаэлиса; [S] – концентрация субстрата. Уравнение выражает количественное соотношение между скоростью реакции и концентрацией субстрата при условии, что V_max и K_m – известны. Согласно уравнению Михаэлиса – Ментена, при избытке субстрата скорость реакции не зависит от его концентрации, т.к. при увеличении концентрации субстрата # концентрация ферментно – субстратного комплекса ES, до тех пор пока не свяжется весь свободный фермент.

 

17. Понятие «ограниченного» биокатализа в производстве пищевых продуктов.
«Ограниченный» биокатализ. Примеры: 1) в технологии чая, агара, витамина Р ф-тативный гидролиз ПС (пектин, целлюлоза) осущ частично – до состояния разрушенных клеток, но не до конечных продуктов – полигалактуроновой к-ы и глюкозы; 2) при получ-и Б препаратов процесс гидролиза субстратов «ограничивают» получ раствор форм, но не АК àmax выход и заданные ФТС продукта;3) в технологии высокоэтер-го пектина разрушение протопектина идет до раств состояния: при этом сохр прир желир св-ва. Для получения низкоэтер-ой формы пектина процесс деэтерификации «ограничивают» достижением заданной ст этериф; 4) для получения пищ волокон действие амилазы «ограничивают» до получения раствор декстринов, а протеазы – до раствор пептидов.

 

 

18. синергизм действия ферментов (на примере системы целлюлазы).

Важный аспект модификации пищевого сырья это синергизм действия ферментов. Синергизм выражает не суммарное действие, а сверх эффект полученный в результате действия нескольких ферментов по - сравнению с индивидуальными. Например, действие β-глюкозидазы + целлюлолитическими ферментами (эндо- и экзодействия) приводит к разрушению одновременно гликозидно связанных форм эфирных масел и клетчатки и => к сверх увеличению целевого продукта и эффекту улучшения его качества. Природа синергизма выражается во взаимном увеличении скорости и глубины гидролиза, например, действие целлюлазы до глюкозы при совместном действии целлюлазного комплекса: эндоглюканазы, экзоглюканазы и β-глюканазы, по – сравнению с индивидуальным действием этих препаратов. Синергизм действия может наблюдаться в различных комбинациях эндо- и экзо-ферментов (эндо-эндо, эндо-экзо, экзо-экзо), но в любом случае одна из целлюлаз значительно отличается от другой по способности адсорбироваться на субстрате. Ферменты, близкие по сорбционной способности, при соединении не проявляют синергизма. Синергический эффект целлюлаз значителен: степень расщепления субстрата увеличивается в 2,5-2,8 раза.

Коэф-т синергизма – отношение скорости образ-я прод гидролиза при одноврем действии ф-тов к сумме скоростей их индивид дейст-я. Явление синергизма наблюд при опред соотнош этих ф-тов. Константа синергизма Кс зависит от нач концентрации субстрата. При ↑ [субстрата]à ↓Кс. При Кс = 1 àсинергизма нет. № причины возникновения синергизма: 1) снятие ф-том ингиб дейст-я промежут прод гидролиза, 2) прямое влияние ф-тов на специф активн друг друга, посредст образ-я ферм – субстрат комплекса. 3) когда продукт действия одного ф-та яв-ся субстратом для действия другого без допол вз-ий м/д ф-тами.