Практичне заняття 3
Тема 4: Ферментативні, мікробіальні процеси в м’ясному виробництві.
Завдання 1. Вивчення ферментативних і мікробіальних процесів в мясному виробництві
Ферменти — це специфічні білкові речовини, які синтезуються в живих клітинах рослин, тварин або мікроорганізмів і регулюють перебіг всіх важливих процесів організму. В клітинах тканин вони локалізовані на внутрішніх мембранах (ендоплазматичний ретикулум) і в органелах: мітохондріях, рибосомах, ядрі, лізосомах. У живих неушкоджених клітинах
Відмінністю ферментативних реакцій є те, що вони завжди багатоступеневі, мають багато проміжних стадій, але протікають з надзвичайно великими швидкостями і в “м’яких” умовах: при атмосферному тиску, при низьких температурах і концентраціях. Це відбувається тому, що ферменти суттєво (іноді в десятки разів) знижують енергію активації процесу, спрямовуючи його по енергетично вигідному шляху. Через складність цих процесів кінетика їх вивчена недостатньо. Але відомо, що на швидкість їх перебігу виливають природа і концентрація компонентів, температура, рН середовища, наявність активаторів та інгібіторів.
Каталітична дія, або активність ферменту значною мірою залежить від його природи, тобто походження. Наприклад, ферменти, що каталізують розщеплення білків (протеолітичні) або пектинів (пектолітичні), отримані із різних джерел: рослин, тварин, мікробів, мають різну активність. Як правило, ферменти мікроорганізмів більш активні. Крім походження на активність ферменту впливає ступінь його очищення і стан білкової частини ферменту: ступінь її гідратації, цілісність вторинної і третинної структури, сумарний електричний заряд та інші. Чим вище ступінь очищення і чим ближче до нативної структура білка, тим активніший фермент.
Концентрація ферменту є лімітуючою, тому що в порівнянні з концентрацією субстрату вона завжди значно нижча. Залежність швидкості біохімічного процесу від концентрації ферменту є лінійною. У випадку субстрату вона проходить через максимум. До певної концентрації швидкість зростає, при надлишку — може залишатись незмінною або, частіше всього, знижується. В багатьох біохімічних процесах на їх швидкість впливає також природа і стан субстрату. Така залежність пояснюється ступенем доступності зв’язків субстрату дії ферменту. У біохімії вона позначається терміном — атакованість субстрату. В якості прикладу можна навести різну атакованість амілазами крохмалю, одержаного з картоплі, пшениці або кукурудзи. Крохмаль, отриманий з різних сортів картоплі і навіть з різних частин бульби, має різну атакованість. Те ж саме властиве і іншим видам субстрату: клітковині, білкам, пектинам.
Суттєвий вплив на атакованість виявляє стан молекул субстрату, а саме її щільність, доступність зв’язків дії ферментів. Чим пухкіша структура молекули субстрату, чим ближче до її поверхні зв’язки, тим вище атакованість і навпаки – чим щільніше укладка, чим глибше від поверхні знаходяться зв’язки, тим менше вони доступні. Ця залежність широко використовується в харчових технологіях. У пивоварінні, хлібовипічці, спиртовій та крохмалепатоковій промисловості крохмаленвмісну сировину перед проведенням гідролізу піддають попередній термічній обробці для клейстеризації крохмалю. Клейстеризований крохмаль швидше і повніше гідролізується, ніж нативний. Так само білки, які попередньо денатуровані або піддані попередній обробці для розпушення вторинної і третинної структури, краще атакуються протеїназами. Для надання субстрату стану більшої атакованості використовують крім термообробки механічну обробку, зміну рН середовища, зволожування тощо. На відміну від хімічних реакцій ферментативні мають специфічну залежність від температури і рН середовища. Якщо швидкість хімічних реакцій має лінійну залежність від температури в широкому діапазоні її значень, то ферментативні мають чіткий максимум у вузькому діапазоні температур. Так, ферменти шлунково-кишкового тракту людини і тварин мають температурний оптимум при 35—40°С, а рослинні — 0—60°С. Відхилення температури середовища реакції від оптимуму всього на декілька градусів значно знижує активність ферменту, а при значних відхиленнях — вона падає до нуля. Таку ж чітку екстремальну залежність активності ферменти виявляють і до зміни рН середовища. Пепсин шлункового соку має найвищу активність при 1,8—2,2, трипсин — 7,5—8,0, а лужна фосфатаза — 8,5—9,0 одиниць рН. Зміщення рН в будь-який бік від оптимуму, навіть на 0,5 одиниці, супроводжується суттєвим зниженням активності ферменту. Наявність чітко виражених оптимальних діапазонів температури і рН для активності ферменту пояснюється, в першу чергу змінами стану субстрату, а також ферменту та їх комплексу. Під впливом цих факторів середовища відбуваються зміни просторової структури, електронної щільності, ступеня гідратації, що змінює атакованість зв’язків субстрату та каталітичну здатність ферменту.
Ферменти, так само як і неорганічні каталізатори, змінюють свою активність в присутності деяких речовин. Одні з них підсилюють каталітичну дію ферменту (активатори, промотори), інші знижують (інгібітори, паралізатори). У ролі активаторів можуть бути інші ферменти, білки, іони металів, вітаміни, речовини з відновлюючою здатністю, кислоти і т. ін. Інгібіторну дію виявляють усі денатуруючі фактори: солі важких металів, комплексоутворюючі сполуки, детергенти, а також специфічні для кожного ферменту речовини, які блокують його активний центр шляхом хімічної взаємодії або екранування.
Біохімічні процеси дуже різноманітні. Їх класифікують за різними ознаками. В харчових технологіях частіше використовують класифікацію за ознакою типу ферментативної реакції: процеси окислення, відновлення, гідролізу, переносу, синтезу. Але в харчовій сировині і продуктах досить часто біохімічні процеси різних типів протікають одночасно, а тому їх поділяють за ознакою наслідків перебігу: процеси дихання, автолізу, дозрівання, проростання, відмирання тощо. В залежності від способу ініціювання процесу їх поділяють на самоплинні та індуктивні. Самоплинні процеси ініціюються ферментами самої сировини або продукту. Індуктивні ініціюються ферментами, які додаються в ході технологічного процесу для досягнення певної мети. Самопливні процеси переважно мають місце під час вирощування, транспортування, зберігання сировини. На двох останніх стадіях вони, як правило, призводять до небажаних наслідків: зниження технологічних та споживчих властивостей, якості та стійкості
Проте останнім часом в якості сировини для отримання ферментів все частіше використовують мікроорганізми. Підставою для цього є більша доступність сировини, більш високий вихід та активність ферментів, відносна простота технології виробництва і, як підсумок, менша вартість препаратів. З цією метою використовують дріжджі, бактерії та мікроскопічні гриби. Так, амілолітичні ферменти одержують з пліснявих грибів (Aspergillus niger, А. огугае, А. аwаmоri); протеолітичні — також із вказаних грибів, грибів родів Penicillium, Rhisopus, бактерій роду Bacillus subtilis; пектолітичні — з грибів А. аwаmоіrі, А. foetidis, А. oryzae, Penicillium glaucum, Р. Expansum, Р. Citrinum; целюлолітичні — з грибів родів Aspergillus, Penicillium, Fusarium та інших.
Клітини мікроорганізмів продукують ферменти різних видів і груп, тому при їх виділенні з біомаси замість одного очищеного ферменту отримують суміші ферментів і супутніх (баластних) речовин. Такі суміші отримали назву комплексних ферментних препаратів. Їх виробництво економічно більш вигідне, ніж індивідуальних ферментів, одержання яких потребує тривалого і витратного очищення. В таких комплексних препаратах один або два ферменти мають найбільшу активність і домінують над іншими. Для вирішення цілої низки технологічних завдань використання комплексних ферментних препаратів є доцільним та економічно вигідним.
Назви ферментних препаратів мають свою специфіку. Вони складаються зі скороченої назви домінуючого ферменту та видової назви мікроорганізму — продуцента ферментів. Наприклад, пектофоетидин — суміш пектолітичних ферментів, виділених з біомаси пліснявого гриба Aspergillus foetidis. Крім призначення та походження препарату назва містить інформацію про спосіб культивування продуцента та ступінь очищення препарату. При поверхневому способі — після назви ставиться літера П, а при глибинному — Г. Якщо ферментний препарат підданий тільки концентруванню без додаткового очищення, то після літери ставиться позначка — “х”. Концентрат препарату, з якого видалена нерозчинна фаза, має в назві позначку “2х”. Якщо такий препарат висушується, — він має позначку “Зх”. Препарати, які пройшли стадію очищення і фракціонування, позначаються “10х” та “15х”, а очищені і висушені – “20х” та “30х”. Таким чином, назва “пектофоетидин Г20х” означає що ферментний препарат отримано шляхом висушування очищеного концентрату глибинного способу і культивування.
Ви прочитали: "Ферментативні мікробіальні процеси в м’ясному виробництві – №1"Читати далі