Биотехнологические основы переработки растительного

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО

СЫРЬЯ

Биоконверсия (от лат. conversio - превращение) означает преобразование, трансформацию одних органических соединений в другие при помощи культур микроорганизмов, а также выделенных ферментов; один из важнейших биотехнологических процессов переработки растительного сырья в корма и пищевые продукты.

Технологическое преимущество биоконверсии по сравнению с процессами химических превращений веществ состоит в том, что необходимые катализаторы синтезируются культурой микроорганизма либо используются выделенные ферменты и конверсия может быть осуществлена в одну стадию. Кроме того, ферментативные процессы в живых системах энергетически более выгодны, чем химические превращения веществ.

Существует множество процессов биопревращений растительного сырья: гидролиз высокомолекулярных веществ и биополимеров, трансформация микроорганизмами органических субстратов в белковые продукты, детоксикация сырья и кормов, биологическая очистка сточных вод и др.

Ферментные препараты, как правило, используют в основном для биоконверсии растительного сырья, на начальной, наиболее трудоемкой стадии его переработки, когда необходимо расщепить структурные или запасные компоненты, а также на заключительных стадиях переработки растительных субстратов - с целью сохранения качества пищевых продуктов или улучшения органолептических свойств.

Биоконверсия с использованием микроорганизмов применяется в основном для переработки растительного сырья в белковые продукты, корма повышенной усвояемости, для получения растительных белковых гидролизатов и пр. В основе микробной биоконверсии - процесс культивирования микроор­ганизмов.

 

ФЕРМЕНТАТИВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

 

Ферменты, трансформирующие органическое сырье

Ферменты, участвующие в трансформации органического сырья, можно условно разделить на четыре группы:

- ферменты, содержащиеся в сырье;

- ферменты сопутствующей микрофлоры сырья;

- ферментные системы культурных штаммов микроорганизмов - возбудителей брожения, продуцентов органических кислот, аминокислот, витаминов, ферментов, пищевого белка и пр.;

- ферментные препараты (растительного, микробного и животного происхождения).

Гидролитические процессы

Основной продукцией ферментной промышленности являются препараты гидролаз, таких как целлюлаза, амилаза, протеаза, пектиназа.

Гидролитические ферменты используются преимущественно в начальной, наиболее трудоемкой стадии переработки органического сырья, когда необходимо расщепить структурные или запасные полимеры, фрагменты которых далее подвергаются трансформации под действием ферментов других классов.

Субстраты гидролитических ферментов - полисахариды, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и другие природные соединения, содержащие «ангидридные» связи, составляют основную массу органической материи на планете. Реакция гидролиза протекает по следующему уравнению:

 

 

Наибольшее применение в процессах промышленного биокатализа нашли гидролазы:

Эстеразы - расщепляют моно-, ди-, триглицеролы и другие соединения, содержащие сложноэфирную связь.

Липазы - предпочтительно гидролизует сложноэфирную связь при С1 и С3 глицерола.

Гликозидазы - гидролизуют гликозидные связи определенной пространственной конфигурации (α или β), но не обеих одновременно. (α-амилаза, β-глюканаза).

Пептидгидролазы - расщепление пептидных связей, образованных характерными аминокислотами.

По характеру протекания процесса расщепления субстрата гидролазы делят на два типа: эндо- и экзоферменты. Эндоферменты катализируют неупорядоченное расщепление внутримолекулярных связей полимерной молекулы с образованием в начальной стадии гидролиза крупных фрагментов различной величины. Эндорасщепление приводит к быстрому снижению молекулярной массы субстрата и вязкости его растворов. Экзоферменты катализируют последовательное отщепление фрагментов равной величины, чаще всего мономеров или димеров, от определенного конца поли­мерной молекулы. При этом молекулярная масса субстрата и вязкость его раство­ра снижаются относительно медленно.

Негидролитические реакции

Негидролитические ферменты используются на различных стадиях технологии пищевых продуктов. Трансферазы и лиазы применяются на стадиях первичного преобразования исходных субстратов, например, цикло-декстринглюканотрансфераза - при получении циклодекстринов из крахмала, пектинтрансэлиминаза - для расщепления пектиновых веществ в растительном сырье. По своей технологической сущности процессы, катализируемые этими ферментами, близки к гидролитическим.

Препараты оксидоредуктаз и изомераз применяются преимущественно на заключительных стадиях переработки растительных субстратов с целью сохранения пищевых и вкусовых достоинств пищевых продуктов или модификации органолептических свойств.

Следует помнить, что представители всех классов ферментов в тех или иных количествах присутствуют в перерабатываемом растительном сырье и ферментативная активность самого сырья неизбежно влияет на ход технологических процессов переработки. Это влияние может быть как полезным, так и вредным. Во втором случае необходимо регулировать ферментативную активность в сырье путем его предварительной обработки или введения технологически допустимых компонентов. Примерами нежелательных реакций являются окислительные превращения органических соединений в растительном сырье, такие как потемнение измельченных овощей и фруктов под действием тирозиназы и дифенолоксидазы, а также прогоркание жиров, провоцируемое липоксигеназой.

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО

СЫРЬЯ

Биоконверсия (от лат. conversio - превращение) означает преобразование, трансформацию одних органических соединений в другие при помощи культур микроорганизмов, а также выделенных ферментов; один из важнейших биотехнологических процессов переработки растительного сырья в корма и пищевые продукты.

Технологическое преимущество биоконверсии по сравнению с процессами химических превращений веществ состоит в том, что необходимые катализаторы синтезируются культурой микроорганизма либо используются выделенные ферменты и конверсия может быть осуществлена в одну стадию. Кроме того, ферментативные процессы в живых системах энергетически более выгодны, чем химические превращения веществ.

Существует множество процессов биопревращений растительного сырья: гидролиз высокомолекулярных веществ и биополимеров, трансформация микроорганизмами органических субстратов в белковые продукты, детоксикация сырья и кормов, биологическая очистка сточных вод и др.

Ферментные препараты, как правило, используют в основном для биоконверсии растительного сырья, на начальной, наиболее трудоемкой стадии его переработки, когда необходимо расщепить структурные или запасные компоненты, а также на заключительных стадиях переработки растительных субстратов - с целью сохранения качества пищевых продуктов или улучшения органолептических свойств.

Биоконверсия с использованием микроорганизмов применяется в основном для переработки растительного сырья в белковые продукты, корма повышенной усвояемости, для получения растительных белковых гидролизатов и пр. В основе микробной биоконверсии - процесс культивирования микроор­ганизмов.