Применение ферментов в пищевой промышленности

Применение ферментов в пищевой промышленности.
План:
1.История изучения ферментов используемых в пищевых технологиях.
2.Технологические цели применения ферментов.
3.Практическое использование ферментов в пищевой промышленности и других отраслях.
4.Список литературы.



1. История изучения ферментов используемых в пищевых технологиях
Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире. В пищевой промышленности ферменты используются в виде ферментных препаратов, которые, как правило, представляют собой мультэнзимные комплексы и помимо активного белка содержат различные балластные вещества. Большое число ферментных препаратов получают в промышленном масштабе с использованием микроорганизмов - активных продуцентов соответствующих ферментов.
Ферментные препараты позволяют значительно ускорять технологические процессы, увеличивать выход готовой продукции.
В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической и оксидазной активностью.
Области применения:
пивоварение, виноделие, производство спирта, фруктовых и овощных соков, чая, хлебопечение, производство дрожжей, производство сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, переработка крахмала, производство белковых гидролизатов, производство инвертного сиропа.

Человечество использует ферменты для приготовления продуктов питания с незапамятных времен. Эмпирическим путем люди выяснили, что существуют природные субстраты, которые при внесении их в тот или иной вид сырья вызывают в нем желательные изменения.
Такими субстратами были соки растений и ткани животных, содержащие ферменты, а также виноградный сок, молоко, тесто, самопроизвольно сбродившие в результате попадания в них микроорганизмов. Например, для получения сыра использовали соки растений, содержащие фермент фицин, или ткани желудка птиц и животных, содержащие фермент ренин. Для тендеризации мяса (размягчения мышечной ткани) использовали сок папайи, содержащий фермент папайи.
Изучать ферменты начали в XVIII в.. когда были открыты пищеварительные ферменты, выделены ферменты из биологических объектов: пероксидаза из хрена, и ?-амилаза из зерна и др. В ХIX в. получены первые чистые формы ферментов и предложен термин «энзим» (от греч, enzymos - связанный с брожением теста). Возникновение энзимологии как самостоятельной научной дисциплины стало возможным с развитием химии, биологии и медицины.
При изучении механизма действия ферментов было высказано предположение, что ферменты образуют комплексы с субстратами. Для объяснения пространственного взаимодействия между ферментом и субстратом Э. Фишер предложил модель «ключ к замку».
Наибольший вклад в развитие энзимологии был сделан в XX в. были разработаны теория фермент-субстратного комплекса и первая математическая модель для описания ферментативной кинетики. Однако вопрос о том, как ферменты ускоряют химические реакции, оставался не выясненным до возникновения теории переходного состояния. В 1948 г. Л. Полинг предположил, что каталитическое действие ферментов достигается стабилизацией переходного состояния химических реакций путем взаимодействия с активным центром фермента, что было в дальнейшем подтверждено экспериментально. В 50-60 гг. XX в. был пересмотрен вопрос субстратной специфичности ферментов. Согласно гипотезе «индуцированного соответствия» (модель Кошланда) ферментная активность может регулироваться небольшими молекулами, отличными от молекул субстрата или продуктов реакции. Было показано существование аллостеричных ферментов, разработаны методы регуляции активности ферментов. Было установлено, что катализ тесно связан с молекулярными взаимодействием между молекулами субстрата и компонентами молекул фермента, а природа и последовательность этих взаимодействий определяются механизмом реакции.
Начало изучения структуры ферментов было положено работой Д. Самнера, который впервые установил белковую природу ферментов. За 20 лет, прошедших после его открытии, было описано более 130 кристаллических ферментов.
В середине XX в. методы рентгеновской кристаллографии и ядерно-магнитного резонанса стали использовать для изучения каталитических свойств ферментов и особенностей фермент-субстратных взаимодействий.
В конце столетия появилась возможность открывать и создавать новые ферменты, ранее не существовавшие в природе, получать микроорганизмы-продуц нты ферментов с необходимыми для человека свойствами, идентифицировать ранее неизвестные ферменты, изучить их и модифицировать: изменять аминокислотную последовательность первичной структуры ферментов, а также модифицировать химические группы ферментов, участвующие в образовании фермент-субстратного комплекса.
Достижения современной энзимологии значительно расширили возможности применения ферментов в первую очередь в медицине и пищевой промышленности, где их используют практически во всех отраслях (табл. 1).
Это обусловлено их преимуществами по сравнению с химическими катализаторами: избирательностью и стерео-специфичность действия, возможностью достижения высоких скоростей превращения субстратов при относительно мягких условиях технологии, безвредностью для окружающей среды и человека.
Ферменты не являются чужеродными для организма человека веществами. В пищевых технологиях используют в основном ферменты, присутствующие в пищевом сырье, которые поступают в организм человека при потреблении свежих фруктов и овощей, орехов, молока, сброженных и консервированных продуктов. В пищевых продуктах ферментов содержится мало - миллиграммы на килограмм продукта. При кулинарной и технологической обработке пищевых продуктов ферменты, как правило, инактивируются. Продолжается поиск новых возможностей использования ферментов в пищевой промышленности.
Основными направлениями исследования являются:
• модификация свойств индивидуальных ферментов с целью повышения их активности и удешевления целевых продуктов;
• скрининг новых микроорганизмов-проду ентов ферментов;
• получение новых рекомбинантных ферментов с заданными свойствами;
• применение ферментативных реакций для получения ценных пищевых ингредиентов и биологически активных веществ;
• разработка пищевых нанотехнологий с использованием ферментов.
Современные методы модификации ферментов позволяют увеличивать стойкость ферментов к действию различных химических реагентов и ингибиторов, рН, температурному воздействию; изменять рН оптимума ферментов, их субстратную специфичность и связывающие свойства; регулировать предпочтения определенных металлов-кофакторов и каталитические свойства ферментов.
Химическая модификация - наиболее известный вид модификации ферментов. Ее методы должны отвечать следующим требованиям:
• используемые химические реагенты должны быть безвредными (особенно в случаях дальнейшего использования ферментов в пищевых технологиях);
• условия модификации не должны быть жесткими, приводящими к ухудшению свойств ферментов; модифицированные ферменты должны отделяться от реакционной среды относительно простыми и недорогими способами;
• применение модифицированных ферментов должно быть экономически выгодным .

Технологические цели применения ферментов
Отрасль Этапы технологических процессов и технологические цели применения ферментов
Технология переработки зерна Повышение выхода муки и круп, улучшение качества клейковины, производство модифицированной муки зернобобовых
Хлебопечение Сокраще ие расхода муки, улучшение теста, замедление черстеения изделий, улучшение цвета корочки, производство охлажденного и замороженного теста
Пивоварение Использо ание неосоложенного сырья, разжижение, усиление ферментируемое™, улучшение фильтрации, контроль содержания азота, получение низкокалорийного пива, стабилизация пива
Технология молочных продуктов Коагуляция молока, замена сычужного фермента в производстве сыра, модификация молочного белка, создание сырного аромата, получение ферментативно модифицированных сыров, удаление перекиси водорода, получение молочного сахара
Производство вина, фруктовых соков, газированных напитков, консервов Осветление мацерация сырья, удаление крахмала из сока, увеличение выхода, получение сладких ликеров, стабилизация вин и соков, производство соков с мякотью и пюре
Переработка крахмала Увеличение выхода, модификация крахмала, разжижение, осахаривание, получение глюкозо-фруктовых и зерновых сиропов
Спиртовая промышленность Конвер ия сырья, разжижение крахмала, осахаривание, улучшение роста дрожжей, увеличение выхода спирта
Производство кофе Сепарация зерен, контроль вязкости экстрактов, улучшение вкуса и аромата
Производство белков Гидролиз белков и полисахаридов, снижение вязкости, производство модифицированных пептидов и белков
Производство сахара Удаление крахмала, белков и полисахаридов
Производство ароматизаторов Синте тонких ароматов, получение натуральных ароматических эфиров и т. д.
Производство масел и жиров Увеличение выхода, модификация жиров, экстракция масла, ...



Список литературы.
1. "Энциклопедия. Пищевые добавки." Л.А. Сарафанова
2. ‹ text/78/588/7329.php›
3. ‹ articles/spices/item/ 57-ферменты-в-пищевы -технологи х›
4. fermenty-v-picshevoy- romyshlennosti