10. Применение ферментов в медицине. Использование ферментов в пищевой промышленности. Ферменты как компоненты моющих средств

В медицине

. Ферменты в медицинской практике находят применение в качестве диагностических (энзимодиагностика) и терапевтических (энзимотерапия) средств.

Энзимодиагностика.

Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания на основе активности ферментов в биологических жидкостях человека. Принципы энзимодиагностики:

• при повреждении клеток в крови или других биологических жидкостях увеличивается концентрация внутриклеточных ферментов повреждённых клеток;

• количество высвобождаемого фермента достаточно для его обнаружения;

• активность ферментов в биологических жидкостях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно длительного времени и отличается от нормальных значений;

• ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определённых органах (органоспецифичность);

Энзимодиагностика - развивается по двум путям:

1. Один путь - использование ферментов в качестве избирательных реагентов для открытия и количественного определения нормальных или аномальных химических веществ в биологических жидкостях

2. Другой путь - открытие и количественное определение самих ферментов в биологических жидкостях при патологии

Основные ферменты, которые используются в клинической диагностике:

Аспартатаминотрансфераза (ACT); Аланинаминотрансфераза (АЛТ);

Амилаза; у-Глутамилтранспептидаза; Креатинкиназа (КК) и другие.

Энзимотерапия.

Использование ферментов в качестве терапевтических средств имеет много ограничений вследствие их высокой иммуногенности. Энзимотерапию активно развивают в следующих направлениях:

• заместительная терапия – использование ферментов в случае их недостаточности;

• элементы комплексной терапии – применение ферментов в сочетании с другой терапией.

В последнее время нашли применение иммобилизованные ферменты Иммобилизованные ферменты – это ферменты, связанные с твердым носителем или помещенные в полимерную капсулу. Преимущества иммобилизованных ферментов:

• Легко отделяются от реакционной среды, что позволяет использовать фермент повторно.

• Продукт не загрязнен ферментом.

• Ферментативный процесс можно осуществлять непрерывно.

• Повышается стабильность фермента.

По основной направленности действия и клиническому применению ферментные препараты разделяют:

1. Препараты, применяемые при гнойно- некротических процессах: трипсин, химотрипсин, химопсин, рибонуклеаза и другие. Их применяют главным образом для лечения гнойных и трофических язв, пролежней, а также для раздражения вязких секретов при заболеваниях дыхательных путей (пневмониях, бронхитах).

2. Препараты, обладающие фибринолитическими свойствами: фибринолизин, стрептолиаза, урокиназа, тромболитин, которые применяются для растворения свежих тромбов.

3. Препараты, улучшающие процессы пищеварения: пепсин, панкреатин, желудочный сок, абомин, а также разнообразны комплексные препараты типа фестал, дигестал и другие.

В пищевой промышленности

В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической, пектолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, хлебопечении, при производстве спирта, фруктовых и овощных соков, дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, белковых гидролизатов, инвертного сиропа, при переработке крахмала.

На сегодняшний день можно насчитать около 15 отраслей пищевой промышленности, где с успехом используют ферменты, причем в каждой отрасли отдельная группа ферментов обеспечивает достижение конкретных целей, позволяющих либо улучшить качество продукта, либо увеличить выход данной продукции или удешевить процесс, а значит, снизить себестоимость продукции.

Производство муки и хлебопечение

Улучшение клейковинного каркаса: Протеаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.

Увеличение газоудерживающей способности теста и объёма хлеба: Альфа-амилаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.

Улучшение цвета, вкуса и аромата: Альфа-амилаза, Липаза.

Улучшение структуры мякиша: Альфа-амилаза, Ксиланаза, Глюкозооксидаза, Липаза.

Увеличение срока хранения: Альфа-амилаза.

Переработка фруктов, ягод, овощей

В соответствии со спецификой плодово-ягодного сырья и целями применения ферментные препараты можно разделить на шесть групп:

1. Ферменты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность - Пектиназа.

2. Ферменты, предназначенные для получения осветленных соков, увеличивающие выход, повышающие экстрактивность и обеспечивающие полный гидролиз пектиновых и белковых веществ - Пектиназа, Пектинлиаза, Протеаза кислая.

3. Ферменты, мацерирующие плодово-ягодную ткань, повышающие выход и гомогенность соков с мякотью - Пектинлиаза.

4. Ферменты, предназначенные для получения осветленных плодово-ягодных виноматериалов, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность виноматериалов - Пектиназа, Глюкоамилаза.

5. Ферменты, способствующие предотвращению окислительных процессов и развитию аэробных микроорганизмов в соках, винах, безалкогольных напитках - Глюкозооксидаза.

6. Ферменты, катализирующие инверсию сахарных сиропов при производстве безалкогольных напитков и товарных сиропов - Инвертаза.

Производство спиртных напитков

Крахмал, как основной компонент сухих веществ зернового сырья, из которого и образуется спирт, непосредственно дрожжами не сбраживается. Поэтому его необходимо гидролизовать до сбраживаемых сахаров, для этого требуется применение ферментов, которые осуществляют гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, являются источником азотистого питания для дрожжей и при осахаривании крахмалистого сырья производят частичное разрушение клеточных стенок сырья.

Таким образом, для спиртового производства, перерабатывающего крахмалсодержащее сырье, необходимо применение ферментных пре паратов с амилолитическим, протеолитическим и цитолитическим действием.

Пивоварение

При производстве пива по обычной технологической схеме, необходимые ферменты (для подготовки зернового сырья и перевода экстрактивных веществ в растворимое состояние на стадии затирания) образуются в процессе солодоращения.

Основными ферментами, образующимися в процессе солодоращения и имеющими наиболее существенное значение в технологии пивоварения, являются: 1. Амилолитические ферменты, разжижающие и осахаривающие крахмал (Альфа-амилаза бактериальная, Амилоризин, Глюкоамилаза). 2. Протеолитические ферменты, расщепляющие белки ячменя до пептидов различной молекулярной массы и свободных аминокислот (Протеаза). 3. Цитолитические ферменты, гидролизующие некрахмальные полисахариды, растворяющие клеточные стенки эндосперма зерна, благодаря чему облегчается доступ амилаз и протеаз к соответствующим субстратам (Целлюлаза).

Применение ферментных препаратов микробного происхождения (амилоризин, амилосубтилин, проторизин) с целью замены солода несоложенным ячменем позволяет интенсифицировать процесс, избежать потерь ценных компонентов сырья на дыхание и образование проростка, в целом повысить рентабельность пивоваренного производства.

Переработка мяса и рыбы

В последнее время ферментные препараты все шире используются в переработке мяса и рыбы. Это связано с их способностью продуцировать в тканях мяса и рыбы специфические биологически активные компоненты: органические кислоты, бактериоцины, ферменты, витамины, что способствует улучшению санитарно- микробиологических, органолептических показателей готового продукта, а также позволяет интенсифицировать производственный процесс.

Ферментативные методы позволяют повысить качество мяса, удовлетворить растущие требования потребителей и увеличить степень переработки сырья. Известны два основных направления использования ферментов в мясной промышленности: тендеризация жесткого мяса и реструктурирование свежего низкокачественного мясного сырья и обрези (тримминга) с получением продукта высокого качества.В мясной индустрии и кулинарии используют в основном ферменты, разлагающие белки (Протеаза, Коллагеназа), а так же ферменты "сшивающие" белки (Трансглутаминаза) в качестве улучшителей текстуры.

Компоненты моющих средств

Ферменты моющих средств - это биологические ферменты, которые используются с моющими средствами. Они катализируют реакцию между пятнами и водным раствором, тем самым способствуя удалению пятен и повышая эффективность.

Ферменты моющих средств для стирки - это самая большая область применения промышленных ферментов. Моющее средство, содержащее ферменты. Они могут входить в состав как жидких, так и порошковых моющих средств

По свойствам вещества делят на следующие группы:

Амилолитические, или амилазы. Расщепляют длинноцепочечные углеводы, пятна от крахмалсодержащих загрязнителей.

Протеолитические, или протеазы. Расщепляют белковые загрязнения: пятна от молока, крови, травы и т. д.

Липолитические, или липазы. Расщепляют жиры, масла.

Каталазы. Разлагают пероксиды до молекулярного кислорода и воды.

Все энзимы для бытовой химии растворимы в воде. Активность веществ зависит от кислотности и температуры среды. Большинство соединений эффективно «работает» при нейтральном или слабощелочном рН и при температуре около +40 ˚С.

Функции ферментов в составе бытовой химии

Энзимы повышают моющую способность средств. Вещества добавляют в состав стиральных порошков, жидкостей для посудомоечных машин, гелей для уборки. Содержание фермента зависит от рецептуры, но обычно не превышает 0,5-2,0 %. Применение биологически активных веществ позволяет разработчикам создавать синтетические моющие средства для тканей, материалов, не выдерживающих воздействия щелочных сред и высоких температур. Стиральный порошок с энзимами начинает действие в теплой воде и практически не влияет на ее кислотность.

Соединения вводят в состав по одному или используют в комплекте – это зависит от назначения химического средства.