Перспективы использования микробных ферментов.

Введение

От года в год растет выпуск ферментов и продукции полученной с их применением. Одним из основоположников изучения свойств ферментов был Эмиль Фишер, который в начале 20 века приступил к изучению особенностей ферментов и возможности их применения. К началу изучения Фишером ферментов, было установлено, что они является носителями таких свойств как каталитическая активность. А эффективность от их применения намного больше чем от синтетически выработанных катализаторов.

Фермент можно охарактеризовать как единицу метобализма в клетке. Фермент имеет присутствие во всех живых клетках и является катализатором для всех биохимических процессов. Фермент может быть как простым так и сложным. На данный момент описано более пяти тысяч видов.

Целью данной работы является анализ применения ферментов в промышленности. Задачи работы состоят в изучении следующих вопросов:

Перспективы использования микробных ферментов.

Биохимические процессы при ферментации живыми организмами.

Методы получения молочно-кислых заквасок.

Особенности использования препаратов на низкосортном сырье.

Органолептические и функционально-технологические свойства ферментированного сырья.

Объект исследования – ферменты. Предмет исследовании я- возможности их применения в промышленности.

Заключение

Препараты на основе ферментов дают возможность ускорить технологический процесс, увеличить объем готовой продукции, экономить сырье и улучшить его применение при производстве пищи, обеспечивает охрану природы и повышать безопасность производства на биологическом уровне.

В странах запада применение протеолитических ферментов находиться на очень высоком уровне. На рынке России отечественные энзимы представлены крайне скудно. Так ЗАО «Завод эндокринных ферментов» (п. Ржавки, Московская область) и ЗАО «Биопрогресс» (г. Щелково, Московская область) относительно недавно начали производство Протепсин и Коллагеназа животного происхождения.

При оценке качеств продукции полученной из низкосортного сырья с применением ферментирования, были получены результаты, свидетельствующие о повышении качества полученной продукции. кроме этого улучшились показатели перевариваемости полученных продуктов. Проведенные исследования на выживаемость инфузорий подтверждают безвредность продуктов для человека.

Все вышесказанное подтверждает тезис о несомненной полезности применения ферментов в промышленности, так как их использование увеличивает скорость производства, помогает расширить ассортимент продукции и улучшить ее потребительские качества.

Список литературы

1. Пищевая биотехнология. Голубев В.П.. Жиганов И.И- - М.: ДеЛи принт, 2011,- 123 с.

2. Пищевая биотехнология. Книга 1. Основы пищевой биотехнологии..

3. Рогов И.А.. Антонова Л.В., Шуваева ГЛ. - М: КолосС, 2013. - 440 с.

4. Пищевые добавки. Булдаков А.С. - М.: ДеЛи принт, 2013. - 436 с.

5. Пищевые добавки. Энциклопедия. Сарафанова Л.А. - СПб.: Гиорд, 2006. - 808 с.

6. Пищевые и биологически активные добавки. Голубев В.Н., Чичева-Филатова Л.В. и др. - М.: Изд. центр "Академия", 2012. - 208 с.

7. Шидловская В. П. Органолептические свойства молока и молочных продуктов: Справочник / В. П. Шидловская.- М.: Колос, 2000.-280с. Охрименко О.В. Биохимия молока и молочных продуктов: методы исследования.-Вологда: ИЦ ВГМХА,2001.-201с.

8. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов.- СПб.: ГИОРД, 2001.-320с.

9. Горбатова К.К. Химия и физика молока.-СПб.: ГИОРД, 2003.- 288с.

10. Горбатова К.К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов.- СПб.: ГИОРД, 2003.-352с.

11. Химия пищи. Ч.1,.- М.: Колос, 2004.

12. Химия пищи. Ч.2, - М.: Колос, 2004.

13. Никульников В.С. Технология переработки и хранения продукции животноводства.-Орел: Изд-во ОГУ, 2003.-196с.

 

Введение

От года в год растет выпуск ферментов и продукции полученной с их применением. Одним из основоположников изучения свойств ферментов был Эмиль Фишер, который в начале 20 века приступил к изучению особенностей ферментов и возможности их применения. К началу изучения Фишером ферментов, было установлено, что они является носителями таких свойств как каталитическая активность. А эффективность от их применения намного больше чем от синтетически выработанных катализаторов.

Фермент можно охарактеризовать как единицу метобализма в клетке. Фермент имеет присутствие во всех живых клетках и является катализатором для всех биохимических процессов. Фермент может быть как простым так и сложным. На данный момент описано более пяти тысяч видов.

Целью данной работы является анализ применения ферментов в промышленности. Задачи работы состоят в изучении следующих вопросов:

Перспективы использования микробных ферментов.

Биохимические процессы при ферментации живыми организмами.

Методы получения молочно-кислых заквасок.

Особенности использования препаратов на низкосортном сырье.

Органолептические и функционально-технологические свойства ферментированного сырья.

Объект исследования – ферменты. Предмет исследовании я- возможности их применения в промышленности.

Перспективы использования микробных ферментов.

Человек издавна использовал ферментативную активность микроорганизмов. Широкое применение микроорганизмов в пищевых производствах основано на использовании их ферментативной деятельности в перерабатываемом пищевом сырье. Культуры микроорганизмов можно заменить ферментами, выделив их в виде препаратов из клеток или культуральной среды. Применение ферментов в пищевой и легкой промышленности позволяет значительно интенсифицировать технологический процесс, повысить выход и улучшить качество готовой продукции.

Использование микроорганизмов для получения ферментов имеет ряд преимуществ по сравнению с растительным и животным сырьем:

1. Микроорганизмы обладают богатым «ассортиментом» ферментов. Среди них есть такие, которые отсутствуют у животных и в растениях.

2. Микроорганизмы быстро размножаются и в течение короткого времени дают огромную массу клеток, из которых (или из культуральной среды) можно выделить большое количество фермента.

3. Микроорганизмы растут на относительно дешевых субстратах, например на отходах различных промышленных производств.

4. Управлять развитием микроорганизмов при современном аппаратурном оформлении таких производств значительно легче и проще, чем выращивать растения и животных.

В настоящее время во многих отраслях народного хозяйства ферменты микробного происхождения вытесняют ферменты растительного и животного происхождения.

Отечественное производство микробных ферментных препаратов в последние годы интенсивно развивается. В настоящее время десятки различных ферментов в виде индивидуальных ферментных белков и технических препаратов разной степени очистки уже производятся в промышленном масштабе с использованием культур плесневых грибов, бактерий, дрожжей.

Препараты грибных амилолитических ферментов применяют при производстве этилового спирта из крахмалсодержащего сырья вместо зернового солода; в хлебопекарной промышленности – взамен солода при изготовлении заварного ржаного хлеба; добавляют грибные амилазы и в пшеничное тесто. Поскольку в этом препарате помимо амилазы имеются, хотя и в небольшом количестве, другие ферменты (мальтаза, пептидазы), процесс изготовления теста ускоряется: увеличивается объем и пористость хлеба, улучшаются его внешний вид, аромат, вкус.

Применение этих ферментных препаратов в пивоварении позволяет частично заменить солод несоложенным (не подвергшимся прорастанию) ячменем. С помощью грибной глюкоами-лазы получают глюкозную патоку и кристаллическую глюкозу из крахмала.

Пектолитические грибные ферментные препараты используют в соко-морсовом производстве и виноделии. В результате разрушения пектина этими ферментами ускоряется процесс выделения сока, повышается его выход, улучшается фильтрация и осветление соков.

Ферментные препараты, содержащие микробные пептидазы, применяют для повышения стойкости (предохранения от белкового помутнения) вина и пива; в сыроделии взамен (частично) сычужного фермента. Целесообразно применять микробные пептидазы для размягчения мяса, ускорения созревания мяса и сельди, получения из отходов рыбной и мясной промышленности пищевых гидролизатов и в других технологических процессах переработки животного и растительного сырья.

Мировое производство ферментных препаратов (ФП) ежегодно растет и обеспечивает данной продукцией агропромышленные комплексы (АПК) ведущих развитых стран. Такая тенденция обусловлена более широким использованием современных биотехнологических процессов во многих отраслях АПК. При этом растет спрос не только на ФП для производства спирта, пива, безалкогольных напитков и кормов, составляющих основу биотехнологических производств нашей страны, но и для хлебопекарной, кондитерской, масложировой, мясной и молочной промышленности [1–3].

Кроме того, возрос интерес к созданию «чистых» продуктов (не содержащих химических добавок), продуктов функционального назначения и БАД, для производства которых используются сырьевые источники растительного и микробного происхождения. Ферментативная деструкция в этом случае позволяет повысить пищевую и биологическую ценность получаемой продукции, в результате максимального извлечения БАВ из нативного сырья [4–6].

Поэтому, разработка и совершенствование технологий производства комплексных ферментных препаратов, обеспечивающих эффективную биокаталитическую деструкцию высокомолекулярных полимеров растительного, животного и микробного сырья в перерабатывающих отраслях АПК является актуальным направлением научных исследований. Одним из перспективных продуцентов пектиназ является штамм Aspergillus foetidus 379-K, полученный ранее с использованием генетических и селекционных методов [7]. Исследования состава ферментативного комплекса, синтезируемого этим микромицетом, показали его многокомпонентность, что позволит использовать его в дальнейших селекционных работах направленных на увеличение биосинтетической способности в отношении полимеров не только растительного, но и микробного сырья.

Объектами исследования служили микромицеты рода Aspergillus, которые являются продуцентами богатого комплекса гидролитических ферментов, обеспечивающих эффективную деструкцию полимеров растительного и микробного сырья.

В связи с вышеизложенным, цель данной работы состояла в получении штамма — продуцента комплекса гидролитических ферментов, эффективного в отношении деструкции основных полимеров растительного и микробного сырья для увеличения выхода ценных биологически активных веществ. Работы по получению нового продуцента с повышенной экспрессией ферментов на основе штамма A. foetidus 379К проводили с использованием ступенчатого воздействия мутагенов химической и физической природы.

В качестве химического мутагена в работе использовали N–метил-N’-нитро-N-нитрозогуанидин (нитрозогуанидин). Данный препарат относится к группе алкилирующих агентов и обладает высоким мутагенным эффектом. Для проведения второй ступени мутагенеза, целью которого являлось дальнейшее повышение биосинтетической способности штамма и получение стабильного мутанта был выбран физический мутаген широкого спектра действия — УФ-облучение. Рис. 1 Повышение биосинтетической способности штамма после химического и физического воздействия Таким образом, в результате многоступенчатой селекции был получен штамм Aspergillusfoetidus379К-5–1, по уровню активностей который превышает родительский штамм: по β-глюканазе на 65,5 %, ксиланазе на 38,1 %, целлюлазе на 34,7 %, хитиназе на 88,3 %, маннаназе на 97,0 %, протеазе на 38,5 %, и полигалактуроназе на 85,2 %.

На основе полученного нового мутантного штамма на подобранной ферментационной питательной среде был наработан ферментный препарат степени очистки Г20Х.

Проведение ряда экспериментов по исследованию биодеградации сырья растительного и микробного происхождения подтвердило эффективность использования нового ферментного препарата Глюканофоетидин, полученного на основе штамма Aspergillusfoetidus379K-5–1. Использование полученного ферментного препарата Глюканофоетидин позволило: — в процессе деструкции ягодного сырья увеличить выход сока в 3 раза, содержание редуцирующих и общих фенольных веществ на 13,0 и 4,7 % соответственно; — в процессе биоконверсии зернового сырья повысить выход экстракта на 40 %, редуцирующих веществ — в 4 раза и белковых веществ в 5 раз; — в процессе деструкции клеточных стенок дрожжей повысить выход экстракта на 20 %, в 8 раз увеличить содержание редуцирующих сахаров за счет гидролиза полисахаридов клеточной стенки дрожжей, и на 36,5 % содержание белковых веществ.