Казанський державний технологічний університет
Кафедра промислової біотехнології
РЕФЕРАТ
Області застосування протеаз
Виконав: студент гр. 50-11
Кашапов Р.Р.
Перевірив: Сироткін А.С.
КАЗАНЬ 2004
Введення.
Найважливішим властивістю білків є їх каталітична активність. Речовини білкової природи, здатні каталітично прискорювати хімічні реакції, називають ферментами.
Роль ферментів у життєдіяльності тварин, рослин і мікроорганізмів колосальна. Завдяки каталітичної функції різноманітні ферменти забезпечують швидке протікання в організмі або поза його величезного числа хімічних реакцій. В даний час в біологічних об'єктах виявлено кілька тисяч індивідуальних ферментів, а кілька сотень з них виділено і вивчено. Підраховано, що одна жива клітина може містити до тисячі різних ферментів, кожен з яких прискорює ту чи іншу хімічну реакцію.
Будучи виділено з організму, ферменти втрачають здатність здійснювати каталітичну функцію. На цьому грунтується їх практичне застосування в хімічній, харчовій, легкій і фармацевтичної промисловості. Особливе значення для хімічного виробництва має специфічність ферментів: адже до 80% витрат у виробництві багатьох хімічних речовин припадає на відділення домішок, що виникли в результаті побічних реакцій. Крім того, ферменти дозволяють здійснювати ряд процесів, виконання яких звичайними методами органічного синтезу залишається поки невирішеною проблемою.
Протеази відносять до класу пептид-гідролаз - ферментів, що прискорюють реакції гідролізу білків, пептидів і інших сполук, що містять пептидні зв'язки. Далі детально розглядаються основні області застосування протеаз у різних галузях промисловості.
1. Основні області застосування протеаз
Харчова промисловість
У поєднанні з амилазой протеїнази, що виділяються з грибів, що відносяться до роду Aspergillus, застосовують в хлібопекарській промисловості. Будучи додані в кількості 20-50 г на 1 т борошна, вони покращують якість і пахощі хліба, прискорюють дозрівання тесту на 30%, скорочують витрати цукру на виробництво вищих сортів булочних виробів вдвічі, збільшують пористість м'якушки і об'єм хліба на 20%.
У кулінарії застосування пептид-гідролаз (протелін і проназа) для обробки м'яса перед його приготуванням різко покращує якість м'ясних страв.
У м'ясній промисловості протеолітичні ферменти застосовують для прискорення дозрівання м'яса і підвищення виходу м'яса 1-го сорту з 15% до 40%.
У молочній промисловості використання протеаз прискорює дозрівання сирів вдвічі і знижує їх собівартість на 10%.
У текстильній промисловості процес расшліхтовкі тканин ферментними препаратами класу протеаз грибного походження прискорюється в 7-10 разів; ці ж препарати використовуються для видалення серицина при розмотуванні коконів тутового шовкопряда у виробництві натурального шовку.
2. Застосування протеаз у легкій промисловості.
У ферментативних процесах шкіряного і хутряного виробництва найчастіше використовуються ферменти, що відносяться до класу протеаз. Найбільш широко застосовуються такі ферменти.
Трипсин
Виділяється підшлунковою залозою у вигляді трипсиногена, активується автокаталитически при рН 7-9 або Ентерокиназа, що виробляється слизовою оболонкою тонких кишок. Трипсин не є ферментом первинного дії, тобто або зовсім не розщеплює нативні білки, або зберігають на них слабо і повільно. Білки, денатуровані нагріванням, оброблені кислотами, солями, лугами та пепсином, легко піддаються дії трепсіна.
Трипсин гідролізує зв'язку (пептидні, амідні, складноефірні), в яких карбоксильна група належить основним амінокислотам лізину і аргініну.
Трипсин грає основну роль при м'якшення голини панкреатином і його препаратами у шкіряному виробництві.
Пепсин
Фермент шлункового соку, що виділяється клітинами слизової оболонки шлунка у вигляді неактивного пепсиногену, активується автокаталитически в присутності соляної кислоти, перетворюючись на пепсин. Пепсин є ферментом первинного впливу, тобто розщеплює майже всі нативні білки, гидролизуя при тривалій дії близько 30% пептидних зв'язків, однак, діє повільніше, ніж інші протеїнази. Пепсин гідролізує зв'язку амінокислот, що містять ароматичні кільця в бічному ланцюзі і вільні карбоксильні групи.
Пепсин не діє на кератин, протаміни і продукти гідролізу білків з низькою молекулярною масою. Розчини пепсину піддаються повільному автолизу. У процесах шкіряного і хутряного виробництва не використовується, проте застосовується для обробки коллагенсодержащих відходів з метою їх подальшого розчинення.
Катепсин
Фермент, що у вигляді катепсіногена у всіх тваринних тканинах. У найбільших кількостях міститься в печінці, селезінці та нирках. Разом з ним присутній природний активатор зоокіназа, який можна відокремити від катепсина. Катепсин діє на сполуки, що містять ароматичну амінокислоту, і розщеплює пептиди з N-кінця пептидного зв'язку. Зазвичай катепсин каталізує гідроліз білків при автоліз. У нейтральному середовищі він неактивний, оптимальний рН дії 4-5.
Після смерті тварини в тканинах, у тому числі в шкіряній і хутряному сировину, накопичуються молочна та інші кислоти, тобто утворюється кисле середовище. У результаті цього катепсин набуває здатність каталітичної дії на гідроліз тканинних білків. Це потрібно враховувати при первинній обробці сировини, зокрема потрібно своєчасно його консервувати.
Коллагеназа
Це специфічний фермент, що розщеплює нативний колаген на пептиди без утворення амінокислот. Інші білки не розщеплює.
Коллагеназа діє на колаген сильніше, ніж на синтетичні пептиди, створені за типу коллагена. Виділяється з культур різних бактерій.
2.1 Застосування протеїназ у шкіряному виробництві
Отмотка шкіряної сировини
Для прискорення відмотування у виробництві часто використовують обострітелі - хімічні речовини, що сприяють обводнення. Прискорити обводнення можуть гідролітичні ферменти6 протеази, глікозідази, ліпази. Особливо ефективно дію ферментних препаратів при відмотування сировини, консервованого із застосуванням сушіння і містить велику кількість жиру.
Широке застосування у шкіряному виробництві знаходять протеолітичні ферменти: кислі, нейтральні та лужні протеази. У результаті дії протеаз відбувається часткове поділ структурних елементів дерми, що сприяє поліпшенню обводнення і полегшує подальше обезволашивание шкур.
Обезволашивание
Обезволашивание є найбільш трудомістким підготовчим процесом шкіряного виробництва. Існуючі неферментний методики обезволашивания не повністю задовольняють промисловість. Тому найбільш перспективно обезволашивание за допомогою ферментів, оскільки при цьому вдається зберегти знімається волосся, прискорити в 2-3 рази процес і спростити очищення стічних вод, завдяки відсутності в них сірковмісних речовин.
Обезволашівающего ефекту можна досягти, руйнуючи корінь волосся шляхом розриву дисульфідних зв'язків, а також рахрушеніем речовин, що вистилають волосяну сумку, що сприяє вільному виходу з неї волосся. Тривалість процесу визначається швидкістю проникнення ферменту до компонентів волосяний сумки - складних білків і білково-вуглеводних комплексам. Тому ферментативному обезволашивание, як правило, передує лужна або ферментативна відмотування, що сприяє підвищенню проникності дерми для великих молекул ферментів. Різні види субстратів (білки, вуглеводи, жири) викликають необхідність використання композицій ферментних препаратів. Композиції можуть містити суміші ферментних препаратів, що мають протеолітичної, липолитической і глікозідазной активністю, а також різні спеціальні компоненти (ПАР, антисептики, активатори, регулятори рН і т.д.).
Мягчение голини
Мягчение полягає в нетривалої обробці голини ферментним препаратом у водному середовищі при 37-38 ° С. в результаті чого, покидьки набуває м'якість пластичність, повітропроникність; лицьовий шар стає гладким і шовковистим.
Як мячітеля на шкіряних заводах широко використовується ферментативний препарат тваринного походження - технічний панкреатин у вигляді порошку, який одержують із підшлункової залози.
Панкреатин містить ряд протеолітичних ферментів - протеїназ та пептидаз, основним з яких є протеиназа - трипсин. Завдяки дії протеолітичних ферментів при Мягчение відбувається видалення шляхом гідролітичного розщеплення продуктів часткового розпаду колагену, кератину і межволоконное білків, що залишилися в покидьки після зоління і обеззоливания.
Обробка дубленого шкіряного напівфабрикату
Часто дублений напівфабрикат вимагає переробки через відмінності в структурі топографічних ділянок, фізико-механічні властивості і забарвленням, а також з-за складок і заломів, що утворилися при транспортуванні і зберіганні. Для цього проводять ферментативну обробку дубленого напівфабрикату з використанням кислих протеаз з оптимумом активності при рН 4,5-5. Перед ферментативної обробкою напівфабрикат промивають для видалення незв'язаних сполук хрому, які інактивують застосовувані ферменти. Шкіри, які зазнали ферментативної обробці в кислому середовищі, мають більш м'який гриф, ніжну лицьову поверхню і інтенсивне забарвлення.
2.2 Ферментативні процеси хутрового виробництва
Отмотка хутряної сировини
В останні роки запропоновано багато методик відмотування хутряних шкурок з допомогою ферментних препаратів. Для більш ефективного впливу на межволоконное речовини шкіряної тканини хутряних шкір доцільно використовувати ферментні препарати, що мають кілька різних активностей. Необхідним комплексом ферментних властивостей володіють препарати мальтавоморін П2х, Пп10х, Г10х. Так обробка шкурок кролика зазначеними препаратами дозволяє не тільки скоротити тривалість циклу відмотувальних процесів за рахунок більш швидкого обводнення, але і значно зменшити кількість первинних шкурок при подальшому мездрении.
Знежирення хутряної сировини
Після відмотування на волосяному покриві хутряних шкурок міститься значна кількість ліпідів, забруднень білкової та вуглеводної природи. Ферментативний метод знежирення заснований на гидролитическом розщепленні жиру під дією ліполітичних ферментів. Ферментні препарати на їх основі, як правило, містять поруч із липазами ферменти інший активності, наприклад протеазу і гликозидазу.
Розроблено методики знежирення з застосуванням протеаз і ПАР. Ефект знежирення в даному випадку обумовлений тим, що протеази сприяють розщепленню мембран жирових клітин, в результаті чого натуральний жир під дією ПАР
Кафедра промислової біотехнології
РЕФЕРАТ
Області застосування протеаз
Виконав: студент гр. 50-11
Кашапов Р.Р.
Перевірив: Сироткін А.С.
КАЗАНЬ 2004
Введення.
Найважливішим властивістю білків є їх каталітична активність. Речовини білкової природи, здатні каталітично прискорювати хімічні реакції, називають ферментами.
Роль ферментів у життєдіяльності тварин, рослин і мікроорганізмів колосальна. Завдяки каталітичної функції різноманітні ферменти забезпечують швидке протікання в організмі або поза його величезного числа хімічних реакцій. В даний час в біологічних об'єктах виявлено кілька тисяч індивідуальних ферментів, а кілька сотень з них виділено і вивчено. Підраховано, що одна жива клітина може містити до тисячі різних ферментів, кожен з яких прискорює ту чи іншу хімічну реакцію.
Будучи виділено з організму, ферменти втрачають здатність здійснювати каталітичну функцію. На цьому грунтується їх практичне застосування в хімічній, харчовій, легкій і фармацевтичної промисловості. Особливе значення для хімічного виробництва має специфічність ферментів: адже до 80% витрат у виробництві багатьох хімічних речовин припадає на відділення домішок, що виникли в результаті побічних реакцій. Крім того, ферменти дозволяють здійснювати ряд процесів, виконання яких звичайними методами органічного синтезу залишається поки невирішеною проблемою.
Протеази відносять до класу пептид-гідролаз - ферментів, що прискорюють реакції гідролізу білків, пептидів і інших сполук, що містять пептидні зв'язки. Далі детально розглядаються основні області застосування протеаз у різних галузях промисловості.
1. Основні області застосування протеаз
Харчова промисловість
У поєднанні з амилазой протеїнази, що виділяються з грибів, що відносяться до роду Aspergillus, застосовують в хлібопекарській промисловості. Будучи додані в кількості 20-50 г на 1 т борошна, вони покращують якість і пахощі хліба, прискорюють дозрівання тесту на 30%, скорочують витрати цукру на виробництво вищих сортів булочних виробів вдвічі, збільшують пористість м'якушки і об'єм хліба на 20%.
У кулінарії застосування пептид-гідролаз (протелін і проназа) для обробки м'яса перед його приготуванням різко покращує якість м'ясних страв.
У м'ясній промисловості протеолітичні ферменти застосовують для прискорення дозрівання м'яса і підвищення виходу м'яса 1-го сорту з 15% до 40%.
У молочній промисловості використання протеаз прискорює дозрівання сирів вдвічі і знижує їх собівартість на 10%.
Легка промисловість
У шкіряному і хутряному виробництві для прискорення зняття волосся зі шкур і розм'якшення шкіряної сировини застосовують препарати протеїназ (протелін і протофрадін), що є позаклітинними протеазами стрептоміцетів. При цьому час, необхідний на здійснення необхідних процесів скорочується в кілька разів, сортність і якість вовни та шкір підвищується, а умови праці в цій галузі виробництва різко поліпшуються.У текстильній промисловості процес расшліхтовкі тканин ферментними препаратами класу протеаз грибного походження прискорюється в 7-10 разів; ці ж препарати використовуються для видалення серицина при розмотуванні коконів тутового шовкопряда у виробництві натурального шовку.
Застосування у побутовій хімії
Протеази рослинного походження, що витримують нагрівання до 90 ° C без помітної втрати активності, є компонентами пральних порошків і миючих засобів. Деякі протеази разом з глюкозооксидази та каталазою додають в зубну пасту - вони забезпечують їх антимікробну дію і запобігання зубів від карієсу.2. Застосування протеаз у легкій промисловості.
У ферментативних процесах шкіряного і хутряного виробництва найчастіше використовуються ферменти, що відносяться до класу протеаз. Найбільш широко застосовуються такі ферменти.
Трипсин
Виділяється підшлунковою залозою у вигляді трипсиногена, активується автокаталитически при рН 7-9 або Ентерокиназа, що виробляється слизовою оболонкою тонких кишок. Трипсин не є ферментом первинного дії, тобто або зовсім не розщеплює нативні білки, або зберігають на них слабо і повільно. Білки, денатуровані нагріванням, оброблені кислотами, солями, лугами та пепсином, легко піддаються дії трепсіна.
Трипсин гідролізує зв'язку (пептидні, амідні, складноефірні), в яких карбоксильна група належить основним амінокислотам лізину і аргініну.
Трипсин грає основну роль при м'якшення голини панкреатином і його препаратами у шкіряному виробництві.
Пепсин
Фермент шлункового соку, що виділяється клітинами слизової оболонки шлунка у вигляді неактивного пепсиногену, активується автокаталитически в присутності соляної кислоти, перетворюючись на пепсин. Пепсин є ферментом первинного впливу, тобто розщеплює майже всі нативні білки, гидролизуя при тривалій дії близько 30% пептидних зв'язків, однак, діє повільніше, ніж інші протеїнази. Пепсин гідролізує зв'язку амінокислот, що містять ароматичні кільця в бічному ланцюзі і вільні карбоксильні групи.
Пепсин не діє на кератин, протаміни і продукти гідролізу білків з низькою молекулярною масою. Розчини пепсину піддаються повільному автолизу. У процесах шкіряного і хутряного виробництва не використовується, проте застосовується для обробки коллагенсодержащих відходів з метою їх подальшого розчинення.
Катепсин
Фермент, що у вигляді катепсіногена у всіх тваринних тканинах. У найбільших кількостях міститься в печінці, селезінці та нирках. Разом з ним присутній природний активатор зоокіназа, який можна відокремити від катепсина. Катепсин діє на сполуки, що містять ароматичну амінокислоту, і розщеплює пептиди з N-кінця пептидного зв'язку. Зазвичай катепсин каталізує гідроліз білків при автоліз. У нейтральному середовищі він неактивний, оптимальний рН дії 4-5.
Після смерті тварини в тканинах, у тому числі в шкіряній і хутряному сировину, накопичуються молочна та інші кислоти, тобто утворюється кисле середовище. У результаті цього катепсин набуває здатність каталітичної дії на гідроліз тканинних білків. Це потрібно враховувати при первинній обробці сировини, зокрема потрібно своєчасно його консервувати.
Коллагеназа
Це специфічний фермент, що розщеплює нативний колаген на пептиди без утворення амінокислот. Інші білки не розщеплює.
Коллагеназа діє на колаген сильніше, ніж на синтетичні пептиди, створені за типу коллагена. Виділяється з культур різних бактерій.
2.1 Застосування протеїназ у шкіряному виробництві
Отмотка шкіряної сировини
Для прискорення відмотування у виробництві часто використовують обострітелі - хімічні речовини, що сприяють обводнення. Прискорити обводнення можуть гідролітичні ферменти6 протеази, глікозідази, ліпази. Особливо ефективно дію ферментних препаратів при відмотування сировини, консервованого із застосуванням сушіння і містить велику кількість жиру.
Широке застосування у шкіряному виробництві знаходять протеолітичні ферменти: кислі, нейтральні та лужні протеази. У результаті дії протеаз відбувається часткове поділ структурних елементів дерми, що сприяє поліпшенню обводнення і полегшує подальше обезволашивание шкур.
Обезволашивание
Обезволашивание є найбільш трудомістким підготовчим процесом шкіряного виробництва. Існуючі неферментний методики обезволашивания не повністю задовольняють промисловість. Тому найбільш перспективно обезволашивание за допомогою ферментів, оскільки при цьому вдається зберегти знімається волосся, прискорити в 2-3 рази процес і спростити очищення стічних вод, завдяки відсутності в них сірковмісних речовин.
Обезволашівающего ефекту можна досягти, руйнуючи корінь волосся шляхом розриву дисульфідних зв'язків, а також рахрушеніем речовин, що вистилають волосяну сумку, що сприяє вільному виходу з неї волосся. Тривалість процесу визначається швидкістю проникнення ферменту до компонентів волосяний сумки - складних білків і білково-вуглеводних комплексам. Тому ферментативному обезволашивание, як правило, передує лужна або ферментативна відмотування, що сприяє підвищенню проникності дерми для великих молекул ферментів. Різні види субстратів (білки, вуглеводи, жири) викликають необхідність використання композицій ферментних препаратів. Композиції можуть містити суміші ферментних препаратів, що мають протеолітичної, липолитической і глікозідазной активністю, а також різні спеціальні компоненти (ПАР, антисептики, активатори, регулятори рН і т.д.).
Мягчение голини
Мягчение полягає в нетривалої обробці голини ферментним препаратом у водному середовищі при 37-38 ° С. в результаті чого, покидьки набуває м'якість пластичність, повітропроникність; лицьовий шар стає гладким і шовковистим.
Як мячітеля на шкіряних заводах широко використовується ферментативний препарат тваринного походження - технічний панкреатин у вигляді порошку, який одержують із підшлункової залози.
Панкреатин містить ряд протеолітичних ферментів - протеїназ та пептидаз, основним з яких є протеиназа - трипсин. Завдяки дії протеолітичних ферментів при Мягчение відбувається видалення шляхом гідролітичного розщеплення продуктів часткового розпаду колагену, кератину і межволоконное білків, що залишилися в покидьки після зоління і обеззоливания.
Обробка дубленого шкіряного напівфабрикату
Часто дублений напівфабрикат вимагає переробки через відмінності в структурі топографічних ділянок, фізико-механічні властивості і забарвленням, а також з-за складок і заломів, що утворилися при транспортуванні і зберіганні. Для цього проводять ферментативну обробку дубленого напівфабрикату з використанням кислих протеаз з оптимумом активності при рН 4,5-5. Перед ферментативної обробкою напівфабрикат промивають для видалення незв'язаних сполук хрому, які інактивують застосовувані ферменти. Шкіри, які зазнали ферментативної обробці в кислому середовищі, мають більш м'який гриф, ніжну лицьову поверхню і інтенсивне забарвлення.
2.2 Ферментативні процеси хутрового виробництва
Отмотка хутряної сировини
В останні роки запропоновано багато методик відмотування хутряних шкурок з допомогою ферментних препаратів. Для більш ефективного впливу на межволоконное речовини шкіряної тканини хутряних шкір доцільно використовувати ферментні препарати, що мають кілька різних активностей. Необхідним комплексом ферментних властивостей володіють препарати мальтавоморін П2х, Пп10х, Г10х. Так обробка шкурок кролика зазначеними препаратами дозволяє не тільки скоротити тривалість циклу відмотувальних процесів за рахунок більш швидкого обводнення, але і значно зменшити кількість первинних шкурок при подальшому мездрении.
Знежирення хутряної сировини
Після відмотування на волосяному покриві хутряних шкурок міститься значна кількість ліпідів, забруднень білкової та вуглеводної природи. Ферментативний метод знежирення заснований на гидролитическом розщепленні жиру під дією ліполітичних ферментів. Ферментні препарати на їх основі, як правило, містять поруч із липазами ферменти інший активності, наприклад протеазу і гликозидазу.
Розроблено методики знежирення з застосуванням протеаз і ПАР. Ефект знежирення в даному випадку обумовлений тим, що протеази сприяють розщепленню мембран жирових клітин, в результаті чого натуральний жир під дією ПАР