Производство амилазы
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
Введение
Амилазы использовались человеком давно, однако их изучение началось с открытия Кирхгофом в 1814 г. вещества, способного превращать крахмал в сахар. Препарат, полученный Кирхгофом из пшеничной муки, обладал способностью разжижать крахмальный клейстер и превращать его в сахарный сироп. Аналогичное явление автор наблюдал при смешивание крахмального клейстера с ячменным солодом. Уже в этих первых исследованиях Кирхгоф отметил губительное действие на это вещество серной кислоты. В то же время он подчеркнул, что сахарообразование является необходимы условием для сбраживания крахмалсодержащих материалов и таким образом положил начало научному объяснению технологии брожения.
Биологически активное вещество в дальнейшем было выделено из солода и подверглось детальному изучению. Было обнаружено, что его действие на крахмал проходит через три стадии: разжижение, декстринизацию и осахаривание. Это привело к признанию существования в солоде двух различных компонентов, которые в дальнейшем были по лучены в отдельности и названы а-амилазой (декстринирующий компонент) и ?-амилазой(осахаривающий компонент).
?-Амилазы и ?-амилазы широко распространены в высших растениях. Наиболее важным источником амилаз являются хлебные злаки, зерно которых в проросшем состоянии (в виде солода) находит широкое применение в промышленном гидролизе крахмала. Солод из ячменя, ржи, пшеницы, овса, проса в настоящее время используется для осахаривания крахмала в спиртовом производстве.
1. Общая характеристика амилаз
Классификация ферментов
КлассКатализируемая реакцияТип реакцииВажнейшие подклассыКФ 1 ОксидоредуктазыОкислительно-восстановительные реакции. Перенос атомов H и O или электроновот одного субстрата на другойAH + B > A + BH (восстановленный) A + O > AO (окисленный)дегидрогеназа, оксидаза, пероксидаза,редуктаза, монооксидаза, диоксигеназаКФ 2 ТрансферазыПеренос функциональной группы от одного субстрата на другой. Это может быть метильная, ацильная, фосфатная группа или аминогруппа.AB + C > A + BCаминотрансфераза, фосфотрансфераза, C1-трансфераза, гликозилтрансферазаКФ 3 ГидролазыОбразование двух продуктов из одного субстрата в результате гидролиза.AB + H2O > AOH + BHэстераза, гликозил-гидролаза, пептидаза,амидазаКФ 4 Лиазы (синтазы)Негидролитическое добавление или удаление группы к или от субстрата. Образование C-C, C-N, C-O или C-S связи.RCOCOOH > RCOH + CO2C-O-лиаза, C-S-лиаза, C-N-лиаза, C-C-лиазаКФ 5 ИзомеразыВнутримолекулярная перестановка, то есть изомеризация молекулы субстрата.AB > BAэпимераза, цис-транс-изомераза,внутримолекулярная оксидоредуктаза и др.КФ 6 Лигазы(синтетазы)Соединение двух молекул в результате синтеза новой C-O, C-S, C-N или C-Cсвязи, сопряжённое с одновременным гидролизом АТФ.X + Y+ ATP > XY + ADP + PiC-O-лигаза, C-S-лигаза, C-N-лигаза, C-C-лигазаСогласно современной классификации и номенклатуре ферментов а- амилаза получила название ?-1,4-глюкан-4глюкангидролаза; ? -амилаза - ? -1,4-глюкавмальтогидролаза; глюкоамилаза-? -1,4-глюкогидролаза;олиго- 1,6-глюкозидаза декстрин-6-глюкангидролаза.
Роль ?-амилаз при гидролизе крахмала исключительно велика. Из трех основных функций при действии на клейстеризованный крахмал (разжижение, декстринизация, осахаривание) разжижение и декстринизация зависят от ?-амилаз. Они атакуют не только клейстеризованный, но и нативный крахмал, разрушая крахмальные зерна.
?-Амилазы различного происхождения имеют много общих свойств: хорошо растворяются в воде или в сильно разбавленных растворах солей.
Более концентрированные растворы солей (например, 20 - 30%ные растворы сульфата аммония) вызывают осаждение этих ферментов, ?-Амилазы легко растворяются в разбавленных растворах этилового спирта, но осаждаются при его концентрации в среде свыше 60%. Белок ?-амилаз обладает слабокислыми свойствами; изоэлектрическая точка ферментов колеблется в пределах pH 4,2-5,7. Молекулярная масса солодовой ?-амилазы 60000, ?-амилаз микроскопических грибов - 45000--50000. Многие из известных ныне ?-амилаз получены либо в высокоочищенном, либо в кристаллическом виде.
Действуя на целое крахмальное зерно ?-амилаза атакует его, разрыхляя поверхность и образуя каналы и бороздки, т.е как бы раскладывает зерно на части. Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образование не окрашиваемых йодом продуктов в основном низкомолекулярных декстринов. Процесс гидролиза крахмала многостадийный.
а - ферментативный гидролиз амилозы; б - начальная стадия гидролиза амилопектина; в - конечная стадия осахаривания амилопектина.
Рисунок 1.1 Стадия гидролиза крахмала ?-амилазой:
В результате воздействия а- амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем появляются неокрашивающиеся йодом тетра- и тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются ?- амилазой до ди- и моносахаридов. Все ?-амилазы проявляют наименьшее сродство к гидролизу концевых связей в субстрате. Некоторые же or-амилазы, особенно грибного происхождения, на второй стадии процесса гидролизуют субстрат более глубоко с образованием небольшого количества мальтозы и глюкозы.
Ионы кальция оказывают стабилизирующее действие на а -амилазы. Это впервые было обнаружено Воллерштейном, затем подтверждено Накамурой. В настоящее время это явление отмечено почти для всех амилаз. Однако теоретически этот вопрос применительно к промышленному гидролизу крахмала до сих пор не разработан.
?-Амилаза солода и глюкоамилаза ?/p>